一种多孔氮化硼陶瓷的制备方法技术

本发明专利技术属于多孔陶瓷材料技术领域，提供一种多孔氮化硼陶瓷的制备方法，首先将原料溶液分散，以高纯氮化硅粉体或者聚硅氮烷先驱体为造孔剂，原料溶液中造孔剂相对于液态环硼氮烷的质量百分比为10～20wt.％分散于液态环硼氮烷中；设计不锈钢模具或者聚四氟乙烯成型模具，将原料混合溶液浇注到模具中；混合溶液固化并脱模，得到环硼氮烷与造孔剂的共同固化产物；将固化产物在惰性气氛烧结炉中进行预烧结，以5℃/min的升温速度升温至1200℃并保温至完成环硼氮烷陶瓷的无机化；在热解炉中以10～20℃/min的升温速度升温至1850℃～2000℃，保温至完全烧除造孔剂，即得到多孔氮化硼陶瓷。本发明专利技术工艺简单可控、可操作性强的特点，并可以制备复杂外形的氮化硼多孔陶瓷材料及构件。

【技术实现步骤摘要】
一种多孔氮化硼陶瓷的制备方法
本专利技术属于多孔陶瓷材料
，具体涉及一种多孔氮化硼陶瓷的制备方法。
技术介绍
多孔氮化硼陶瓷兼具有氮化硼陶瓷的耐高温、抗侵蚀性、介电稳定性和多孔材料的高孔隙率、低密度和高比表面积特点，在航空航天、特种冶炼、高温透波、高温过滤及高温催化剂载体等方面有着广泛的应用前景。目前多孔氮化硼陶瓷的制备方法主要有模板法、发泡法、元素替换法及造孔剂烧除法等。其中，模板法得到的产物的微观形貌比较均匀，但工艺复杂，成本较高；发泡法操作简单，但制备过程中易产生有毒气体，不利于环境保护；元素替代法需要经一系列的化学反应，产物中存在较多的杂质。造孔剂烧除法的原理是在氮化硼原料中添加分解温度较低的有机物或者无机粉体作为第二相，将造孔剂在高温下烧除后可得到多孔氮化硼陶瓷，氮化硼陶瓷则在高温下发生烧结形成多孔陶瓷网络；但氮化硼是典型的共价键化合物，烧结性能差，通常需要主动添加烧结助剂，将导致多孔陶瓷内部残留杂质相或造孔剂残余元素，影响多孔陶瓷的纯度和性能。因此，有必要进一步探索新的高纯度、孔隙率及孔隙形貌可控、结构成分稳定且制备方法简单的多孔氮化硼陶瓷及其制备方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决目前多孔氮化硼陶瓷制备方法复杂、陶瓷内部含有杂质相的技术问题，为解决上述技术问题，给出如下技术方案：本专利技术提供一种多孔氮化硼陶瓷的制备方法，包括以下步骤：步骤1、原料溶液分散，以高纯氮化硅粉体或者聚硅氮烷先驱体为造孔剂，原料溶液中造孔剂相对于液态环硼氮烷的质量百分比为10～20wt.％分散于液态环硼氮烷中，采用磁力搅拌的方式进行分散，得到原料的混合溶液；步骤2、混合溶液浇注，按照所需多孔陶瓷及构件的外形要求，设计不锈钢模具或者聚四氟乙烯成型模具，将原料混合溶液浇注到模具中；步骤3、混合溶液固化，将含有原料混合溶液的模具转移至高压釜中，充入2～5MPa氩气作为保护气体，以3～5℃/min的升温速度加热至300℃并保温至模具内溶液发生原位固化；步骤4、固化产物脱模，高压釜自然降温至室温后将模具取出脱模，得到环硼氮烷与造孔剂的共同固化产物；步骤5、固化产物预烧结，将固化产物在惰性气氛烧结炉中进行预烧结，以5℃/min的升温速度升温至1200℃并保温至完成环硼氮烷陶瓷的无机化；步骤6、造孔剂高温烧除，在热解炉中以10～20℃/min的升温速度升温至1850℃～2000℃，保温至完全烧除造孔剂，即得到多孔氮化硼陶瓷。进一步地，步骤1的原料溶液中，造孔剂采用氮化硅粉体时，氮化硅粉体的颗粒尺寸为0.5μm～100μm；进一步地，步骤1的原料溶液中，造孔剂采用聚硅氮烷先驱体时，聚硅氮烷先驱体的物理状态为液态。进一步地，本专利技术制备的一种多孔氮化硼陶瓷，多孔陶瓷密度介于0.42～1.35g/cm3，孔隙率介于35％～85％之间，孔隙大小介于0.5μm～500μm之间，介电常数介于1.34～2.56，损耗角正切介于0.0015～0.005，氮化硼含量大于98％。和现有技术相比，本专利技术的有效收益如下：1.本专利技术多孔氮化硼陶瓷的制备方法具有工艺简单可控、可操作性强的特点，并可以制备复杂外形的氮化硼多孔陶瓷材料及构件。环硼氮烷具有良好的流动性，有利于填充复杂的模具空间，经原位固化后可以保形，并且在后续造孔剂烧除过程中可以有效避免开裂变形，而且多孔氮化硼陶瓷的机械加工性好，可以根据实际尺寸要求进行修磨和精加工。2.本专利技术多孔氮化硼陶瓷的制备方法具有孔隙率灵活可调的特点，通过调整造孔剂含量可以实现孔隙率在35％～80％范围内调节。另外，采用不同的造孔剂类型时还可以对氮化硼连续网络的微结构、及多层次孔隙结构进行灵活调节，从而可根据不同使用环境。3.本专利技术制备的多孔氮化硼陶瓷具有高纯度、结构高稳定的特点，借助于环硼氮烷的自交联特性和原位固化特性形成多孔网络骨架，无需添加烧结助剂，且高温下造孔剂可以完全烧除，所制备多孔陶瓷的纯度高。4.本专利技术制备的多孔氮化硼陶瓷具有广泛的用途。多孔氮化硼陶瓷具有高孔隙率特性、孔隙率可调节特性及熔融金属不润湿的特点，可用于制备金属多孔过滤材料；多孔氮化硼陶瓷的密度低、纯度高、介电常数及损耗角正切小，可以用作飞行器的电磁透波材料；利用多孔氮化硼陶瓷的耐高温、耐腐蚀及大比表面积特点，可用于制备高温气体净化或汽车尾气处理的过滤器等。附图说明图1是本专利技术一种多孔氮化硼陶瓷的制备方法的具体工艺流程图；图2是实施例1中制备的多孔氮化硼陶瓷的形貌图，放大倍数30倍；图3是实施例1中制备的多孔氮化硼陶瓷的形貌图，放大倍数100倍；图4是实施例1中制备的多孔氮化硼陶瓷的形貌图，放大倍数15000倍；图5实施例1中制备的多孔氮化硼陶瓷的能谱图；图6是实施例1中原料混合溶液固化后经1200℃预烧结和2000℃高温烧结的陶瓷产物的XRD图；图7是实施例2中制备的多孔氮化硼陶瓷的形貌图，放大倍数2000倍；图8是实施例2中制备的多孔氮化硼陶瓷的形貌图，放大倍数6000倍；图9是实施例2中制备的多孔氮化硼陶瓷的形貌图，放大倍数45000倍；图10是实施例2中原料混合溶液固化后经1200℃预烧结和1850℃高温烧结的陶瓷产物的XRD图。具体实施例下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细的解释和说明。本专利技术提供一种多孔氮化硼陶瓷的制备方法，图1是本专利技术一种多孔氮化硼陶瓷的制备方法的具体工艺流程图，包括以下步骤：步骤1、原料溶液分散，以高纯氮化硅粉体或者聚硅氮烷先驱体为造孔剂，将造孔剂按照特定的质量百分比分散于液态环硼氮烷中，采用磁力搅拌的方式进行分散，得到原料的混合溶液；步骤2、混合溶液浇注，按照所需多孔陶瓷及构件的外形要求，设计不锈钢模具或者聚四氟乙烯成型模具，将原料混合溶液浇注到模具中；步骤3、混合溶液固化，将含有原料混合溶液的模具转移至高压釜中，充入2～5MPa氩气作为保护气体，以3～5℃/min的升温速度加热至300℃并保温6～8h，使模具内溶液发生原位固化；步骤4、固化产物脱模，高压釜自然降温至室温后将模具取出脱模，得到环硼氮烷与造孔剂的共同固化产物；步骤5、固化产物预烧结，将固化产物在惰性气氛烧结炉中进行预烧结，以5℃/min的升温速度升温至1200℃并保温2h，完成环硼氮烷陶瓷的无机化；步骤6、造孔剂高温烧除，在热解炉中以10～20℃/min的升温速度升温至1850℃～2000℃，保温1～2h，完全烧除造孔剂，即得到多孔氮化硼陶瓷。进一步地，步骤1的原料溶液中，造孔剂相对于液态环硼氮烷的质量百分比为10～50wt.％；进一步地，步骤1的原料溶液中，造孔剂采用氮化硅粉体时，氮化硅粉体的颗粒尺寸为0.5μm～100μm；进一步地，步骤1的原料溶液中，造孔剂采用聚硅氮烷先驱体时，聚硅氮烷先驱体的物理状态为液态。进一步地，本专利技术制备的一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多孔氮化硼陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1、原料溶液分散，以高纯氮化硅粉体或者聚硅氮烷先驱体为造孔剂，原料溶液中造孔剂相对于液态环硼氮烷的质量百分比为10～20wt.％分散于液态环硼氮烷中，采用磁力搅拌的方式进行分散，得到原料的混合溶液；/n步骤2、混合溶液浇注，按照所需多孔陶瓷及构件的外形要求，设计不锈钢模具或者聚四氟乙烯成型模具，将原料混合溶液浇注到模具中；/n步骤3、混合溶液固化，将含有原料混合溶液的模具转移至高压釜中，充入2～5MPa氩气作为保护气体，以3～5℃/min的升温速度加热至300℃并保温至模具内溶液发生原位固化；/n步骤4、固化产物脱模，高压釜自然降温至室温后将模具取出脱模，得到环硼氮烷与造孔剂的共同固化产物；/n步骤5、固化产物预烧结，将固化产物在惰性气氛烧结炉中进行预烧结，以5℃/min的升温速度升温至1200℃并保温至完成环硼氮烷陶瓷的无机化；/n步骤6、造孔剂高温烧除，在热解炉中以10～20℃/min的升温速度升温至1850℃～2000℃，保温至完全烧除造孔剂，即得到多孔氮化硼陶瓷。/n

【技术特征摘要】
1.一种多孔氮化硼陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、原料溶液分散，以高纯氮化硅粉体或者聚硅氮烷先驱体为造孔剂，原料溶液中造孔剂相对于液态环硼氮烷的质量百分比为10～20wt.％分散于液态环硼氮烷中，采用磁力搅拌的方式进行分散，得到原料的混合溶液；
步骤2、混合溶液浇注，按照所需多孔陶瓷及构件的外形要求，设计不锈钢模具或者聚四氟乙烯成型模具，将原料混合溶液浇注到模具中；
步骤3、混合溶液固化，将含有原料混合溶液的模具转移至高压釜中，充入2～5MPa氩气作为保护气体，以3～5℃/min的升温速度加热至300℃并保温至模具内溶液发生原位固化；
步骤4、固化产物脱模，高压釜自然降温至室温后将模具取出脱模，得到环硼氮烷与造孔剂的共同固化产物；
步骤5、固化产物预烧结，将固化产物在惰性气氛烧结炉中进行预烧结，以5℃/min的升温速度升温至1200℃并保温至完成环硼氮烷陶瓷的无...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹春荣，郭少军，沈同圣，周晓松，赵德鑫，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11