一种低密度微孔氮化硅结合碳化硅材料及其制备方法技术

本申请涉及耐火陶瓷材料技术领域，具体公开了一种低密度微孔氮化硅结合碳化硅材料及其制备方法。一种低密度微孔氮化硅结合碳化硅材料，主要由如下重量份数的原料制成：碳化硅80

【技术实现步骤摘要】
一种低密度微孔氮化硅结合碳化硅材料及其制备方法


[0001]本申请涉及氮化硅结合碳化硅耐火陶瓷材料
，更具体地说，它涉及一种低密度微孔氮化硅结合碳化硅材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]氮化硅结合碳化硅陶瓷是一种结构陶瓷材料，一般是采用高纯度的碳化硅和硅粉作为原料，半干或者注浆形成坯体，通过氮化反应烧结而成，产品具有较高的硬度，仅次于金刚石。并且还具有低膨胀、高导热、耐腐蚀、抗氧化、绝缘等优良性能，被广泛应用于钢铁工业、有色冶金、陶瓷、半导体等领域。
[0003]对于反应型烧结氮化硅结合碳化硅制品，在硅粉与氮气发生反应的过程中，大致经历两个温度段：首先是升温阶段，是由初始温度升高至1100℃左右；然后是原料的氮化反应阶段，是升温至1100
‑
1380℃左右，在高温条件下硅与氮气反应生产氮化硅结合相，形成空间网络结构，将碳化硅颗粒结合在一起。
[0004]随着技术的不断发展，氮化硅结合碳化硅材料也朝着多元化的发展方向前进，其中多孔氮化硅结合碳化硅材料也得到飞速发展，多孔氮化硅结合碳化硅陶瓷材料是在氮化硅结合碳化硅材料配方的基础上，加入成孔剂在高温环境下形成复杂的孔隙结构，具有高强度、高吸附的特点，可以用于高温烟气处理等领域。
[0005]如申请公告号为CN104926316A的中国专利申请公开了一种多孔氮化硅结合碳化硅复合陶瓷材料及其制备方法，是以25
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75wt％的硅粉、12
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69wt％的碳化硅粉、3
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8wt％的烧结助剂和3
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5wt％的结合剂为原料，混合均匀，再加入所述原料0.1
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2wt％的Fs60和5
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30wt％的复合发泡剂，然后在氮气气氛下烧结制得多孔氮化硅结合碳化硅复合陶瓷材料。
[0006]针对上述的多孔氮化硅结合碳化硅陶瓷材料，采用淀粉作为成孔组分时，高温分解过程不易控制，虽然孔隙率可以保证，但是孔径分布较宽，综合性能不佳。

技术实现思路

[0007]为了改善多孔碳化硅结合碳化硅材料的孔径分布状态，本申请提供一种低密度微孔氮化硅结合碳化硅材料及其制备方法。
[0008]第一方面，本申请提供一种低密度微孔氮化硅结合碳化硅材料，采用如下的技术方案：一种低密度微孔氮化硅结合碳化硅材料，主要由如下重量份数的原料制成：碳化硅80
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95份、硅粉20
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30份、氮化硅2
‑
5份、造孔剂3.5
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6份、烧结助剂3
‑
8份、匀孔剂1.5
‑
2份；所述匀孔剂由DOPO芳香族席夫碱衍生物、聚乳酸、磷酸锆按摩尔比(10
‑
18):(7
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15):(3
‑
8)组成；所述DOPO芳香族席夫碱衍生物的制备工艺，包括如下步骤：1)将DOPO与芳香族席夫碱加入溶剂内混合均匀制得分散液；2)将分散液不断搅拌下，在溶剂的回流温度下反应8
‑
12h，过滤、干燥后即得。
[0009]通过采用上述技术方案，在氮气氛围下进行高温烧结，硅粉与氮气反应生成氮化硅结合物，将碳化硅颗粒粘结起来，相互紧密结合形成以Si3N4为结合相的碳化硅制品。并且，加入的造孔剂组分可以帮助碳化硅、硅粉等原料之间融合形成均质体，改善原料颗粒表面的分散性，为坯体成型创建良好的条件。同时，造孔剂在高温条件下会进行分解，产生的高温气态物质在挥发过程中于氮化硅结合碳化硅制品内留下大量的网状气孔通道，不仅有利于氮气的进入，提升硅粉与氮气之间的反应效率，还可以获得较佳的气孔率。
[0010]造孔剂在高温条件下进行分解时，分解的速度和状态非常难以控制，容易出现分解失控的现象，导致高温气态物质产生的孔隙结构不均匀，孔径分布较宽，也会造成生产的氮化硅晶须对碳化硅颗粒的搭接粘结效果较差，整体的力学性能变差。而且较宽的孔径分布也会限制微孔氮化硅结合碳化硅制品的使用。本申请中加入匀孔剂后，DOPO芳香族席夫碱衍生物分子结构中含有磷菲环，能够在合理程度内抑制造孔剂组分的分解，同时磷酸锆和聚乳酸可以包覆在DOPO芳香族席夫碱与造孔剂组分之外形成致密的凝聚层，减少失控分解的现象，使得造孔剂组分可以平稳、有序的进行气态分解，形成均匀细密的微孔隙结构。
[0011]另外，随着时间的推移，高温烧结的不断进行，聚乳酸、DOPO芳香族席夫碱自身也会后于造孔剂组分发生分解，由于此时孔隙结构的基本结构已经形成，此时匀孔剂组分形成的气态物质可以在孔隙结构内进行冲击，对孔隙内壁出现的熔滴刺、不规则封闭层进行规整，进一步提高孔径均匀度，最终获得孔径分布较窄的微孔氮化硅结合碳化硅材料，具有低密度、高强、孔隙结构均匀等优点。
[0012]优选的，所述芳香族席夫碱由芳香醛与氨基苯酚加成反应制得。
[0013]优选的，芳香醛为对苯二甲醛、苯甲醛、苯乙醛中的一种。
[0014]优选的，氨基苯酚为3
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氨基苯酚、2
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氨基苯酚、对氨基苯酚中的一种。
[0015]通过采用上述技术方案，优化和调整芳香族席夫碱的种类，采用芳香醛和氨基苯酚进行加成反应，形成具有亚胺特性基团的芳香族席夫碱，然后芳香族席夫碱与DOPO分子上的P
‑
H键发生加成反应，形成的DOPO芳香族席夫碱衍生物能够在高温条件下进行部分裂解，吸收热量，进一步增强DOPO磷菲环的分解调节性能，使得造孔剂的分解处于可控、平稳的状态。
[0016]优选的，所述碳化硅的中值粒径为20
‑
100μm，硅粉的中值粒径为0.1
‑
1μm。
[0017]通过采用上述技术方案，碳化硅的粒径过高会影响坯体成型的体积密度，造成坯体的致密性下降，而硅粉的粒径也会影响与氮气的反应效率，容易发生剧烈反应造成坯体内热量聚集上升，会诱发碳化硅表面出现流硅现象，优化和调整碳化硅和硅粉的粒径分布，平衡烧结过程中的反应速率和材料的致密性能。
[0018]优选的，所述造孔剂为糊精、木质素磺酸钙、聚乙烯醇中的至少一种。
[0019]通过采用上述技术方案，试验和筛选造孔剂的种类，控制造孔剂组分的基础分解速率，进一步改善材料内部的孔隙结构状态，提升产品的孔径均匀性。
[0020]优选的，所述碳化硅与匀孔剂的质量比为(40
‑
47):1。
[0021]通过采用上述技术方案，优化和调整碳化硅与匀孔剂的质量比组成，平衡匀孔剂高温烧结过程中的调节作用与氮化反应过程的实际反应速率，在不影响产品性能的同时获得较窄的孔径分布。
[0022]优选的，所述原料中还包括1.2
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1.8重量份数的全氟丁基磺酸钾。
[0023]通过采用上述技术方案，高温条件下全氟丁基磺酸钾能够分解磺酸，促进DOPO芳香族席夫碱与造孔剂组分之间进行重排交联，对热量的传递过程进行调本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低密度微孔氮化硅结合碳化硅材料，其特征在于，主要由如下重量份数的原料制成：碳化硅80
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95份、硅粉20
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30份、氮化硅2
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5份、造孔剂3.5
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6份、烧结助剂3
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8份、匀孔剂1.5
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2份；所述匀孔剂由DOPO芳香族席夫碱衍生物、聚乳酸、磷酸锆按摩尔比(10
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18):(7
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15):(3
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8)组成；所述DOPO芳香族席夫碱衍生物的制备工艺，包括如下步骤：1）将DOPO与芳香族席夫碱加入溶剂内混合均匀制得分散液；2）将分散液不断搅拌下，在溶剂的回流温度下反应8
‑
12h，过滤、干燥后即得。2.根据权利要求1所述的一种低密度微孔氮化硅结合碳化硅材料，其特征在于，所述芳香族席夫碱由芳香醛与氨基苯酚加成反应制得。3.根据权利要求2所述的一种低密度微孔氮化硅结合碳化硅材料，其特征在于，所述芳香醛为对苯二甲醛、苯甲醛、苯乙醛中的一种。4.根据权利要求1所述的一种低密度微孔氮化硅结合碳化硅材料，其特征在于，所述碳化硅的中值粒径为20
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100μm，硅粉的中值粒径为0.1
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1μm。5.根据权利要求1所述的一种低密度微孔氮化硅结合碳化硅材料，其特征在于，所述造孔剂为糊精...

【专利技术属性】
技术研发人员：张青选，张娟，张一，
申请(专利权)人：郑州格瑞特高温材料有限公司，
类型：发明
国别省市：