一种SiC纳米纤维增强SiC木材陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术涉及多孔陶瓷材料制备技术领域，尤其是一种SiC纳米纤维增强SiC木材陶瓷及其制备方法。通过将天然木材原料进行高温热解后，浸入金属盐溶液中进行真空浸渍，干燥后与一氧化硅蒸汽进行气固反应及气液固反应得到了一种SiC纳米纤维增强SiC木材陶瓷。制备工艺简单且可控，为实现规模化工业生产提供了保障。且制备的SiC纳米纤维增强SiC木材陶瓷完全保留了木材的原始结构且纯度高，在分离提纯、催化剂载体、人造关节、复合材料增强相、光电器件及传感器研制等诸多功能性领域具有广阔的应用前景。解决了现有技术中存在的SiC木材陶瓷的制备工艺复杂，硅杂质含量高且无法完全保留木材结构，从而使其性能大幅度降低的问题。从而使其性能大幅度降低的问题。从而使其性能大幅度降低的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种SiC纳米纤维增强SiC木材陶瓷及其制备方法


[0001]本专利技术涉及多孔陶瓷材料制备
，具体为一种SiC纳米纤维增强SiC木材陶瓷及其制备方法。

技术介绍

[0002]SiC木材陶瓷不仅拥有传统多孔碳化硅陶瓷密度低、比表面积大、渗透性高、导热性高、耐高温、耐腐蚀、抗热震性、抗氧化性、抗辐照性等特点，还具有木材各向异性的三维分级多孔结构，使其在力、热、光、电、磁等方面表现出优异的性能，被广泛应用于分离提纯、催化剂载体、人造关节、复合材料增强相、光电器件及传感器研制等诸多功能性领域。
[0003]通常，以天然木材为原料制备多孔碳化硅陶瓷主要依托模板转化技术：木材模板在高温惰性环境下热解成多孔碳模板，然后将熔融或蒸汽状态下的硅与碳模板反应形成碳化硅相，具体制备方法包括熔融液相渗入反应法、化学气相渗入反应法、溶胶凝胶渗透反应法等。但是采用传统的木材陶瓷化技术得到的产品硅杂质含量高且无法完全保留木材结构，从而导致各项性能达不到所需要求。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的SiC木材陶瓷的制备工艺复杂，硅杂质含量高且无法完全保留木材结构，从而使其性能大幅度降低等问题，本专利技术提供一种SiC纳米纤维增强SiC木材陶瓷及其制备方法。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0006]本专利技术提供一种SiC纳米纤维增强SiC木材陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1：将天然木材高温热解后得到木材结构多孔碳模板；
[0008]S2：将木材结构多孔碳模板置于金属盐溶液中浸渍，干燥后得到附着金属盐的木材结构多孔碳模板；
[0009]S3：将附着金属盐的木材结构多孔碳模板同一氧化硅粉末一起进行高温烧结，得到SiC纳米纤维增强SiC木材陶瓷。
[0010]优选地，S1中高温热解的条件为：氮气气氛压力为1.5～5.0atm，850～1200℃下保温1～4h。
[0011]优选地，高温热解的升温制度为：室温至500℃的升温速率为0.3～1.0℃/min；500℃至850～1200℃的升温速率为2.0～5.0℃/min。
[0012]优选地，S2中浸渍的时间为1～6h，且真空浸渍；干燥温度为30～80℃，干燥时间为15～40h。
[0013]优选地，S3中木材结构多孔碳模板与一氧化硅粉末的质量比为1:(3～10)。
[0014]进一步地，S3的具体操作为：
[0015]S3.1：将附着金属盐的木材结构多孔碳模板置于石墨坩埚中部的BN支架上；
[0016]S3.2：将一氧化硅粉末置于装有附着金属盐的木材结构多孔碳模板的石墨坩埚底
部；
[0017]S3:3：将置有附着金属盐的木材结构多孔碳模板和一氧化硅粉末的石墨坩埚表面涂覆BN层后，进行高温烧结，得到SiC纳米纤维增强SiC木材陶瓷。
[0018]优选地，S3中高温烧结的温度为1500～1850℃保温1～4h。
[0019]优选地，所述S3中高温烧结升温机制为：室温至1100℃的升温速率为8.0～15.0℃/min；1100℃至1500～1850℃的升温速率为2.0～5.0℃/min。
[0020]优选地，所述天然木材为巴沙木、杉木、梓木、松木、椴木、杨木和香木中的或多种，密度为80.0～480.0mg/cm3；金属盐溶液为氯化铁溶液、硝酸铁溶液、氯化镍溶液、硝酸镍溶液、氯化钴溶液和硝酸钴溶液中的一种或多种。
[0021]本专利技术还提供一种利用上述的方法制备的SiC纳米纤维增强SiC木材陶瓷，其特征在于，所述SiC纳米纤维增强SiC木材陶瓷的孔径为10～100μm，气孔率为78.9～97.1％，密度为81.8～651.2mg/cm3。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0023]本专利技术提供一种SiC纳米纤维增强SiC木材陶瓷的制备方法，该方法通过将天然木材高温热解后得到木材结构多孔碳模板；然后将木材结构多孔碳模板置于金属盐溶液中浸渍，干燥后得到附着金属盐的木材结构多孔碳模板；最后将附着金属盐的木材结构多孔碳模板同一氧化硅粉末一起进行高温烧结，通过将一氧化硅蒸汽进行气固反应及气液固反应得到了SiC纳米纤维增强SiC木材陶瓷。本专利技术采用的天然木材原料来源广泛、廉价且丰富，具备生物相容性和生物可降解性，制备工艺简单且可控，为实现规模化工业生产提供了保障。制备的SiC纳米纤维增强SiC木材陶瓷完全保留了木材的原始结构且纯度高，在分离提纯、催化剂载体、人造关节、复合材料增强相、光电器件及传感器研制等诸多功能性领域具有广阔的应用前景。
[0024]本专利技术还提供一种利用上述方法制备的SiC纳米纤维增强SiC木材陶瓷，SiC纳米纤维增强SiC木材陶瓷的孔径为10～100μm，气孔率为78.9～97.1％，密度为81.8～651.2mg/cm3各项性能均满足多孔陶瓷材料的各项需要。
附图说明
[0025]图1为本专利技术的SiC纳米纤维增强SiC木材陶瓷的制备方法的示意图。
[0026]图2为本专利技术的木材结构多孔碳模板在多功能烧结炉中的碳热还原反应示意图。
[0027]图3为本专利技术的实施例2中SiC纳米纤维增强SiC木材陶瓷的XRD谱图。
[0028]图4为本专利技术的实施例5中SiC纳米纤维增强SiC木材陶瓷的横切面微观SEM图。
[0029]图5为本专利技术的实施例5中SiC纳米纤维增强SiC木材陶瓷的纵切面微观SEM图。
[0030]图6为本专利技术的实施例6中SiC纳米纤维增强SiC木材陶瓷的横切面微观SEM图。
[0031]图7为本专利技术的实施例6中SiC纳米纤维增强SiC木材陶瓷的纵切面微观SEM图。
具体实施方式
[0032]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施
例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0033]因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0034]应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0035]在本专利技术实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该专利技术产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种SiC纳米纤维增强SiC木材陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将天然木材高温热解后得到木材结构多孔碳模板；S2：将木材结构多孔碳模板置于金属盐溶液中浸渍，干燥后得到附着金属盐的木材结构多孔碳模板；S3：将附着金属盐的木材结构多孔碳模板同一氧化硅粉末一起进行高温烧结，得到SiC纳米纤维增强SiC木材陶瓷。2.根据权利要求1所述的SiC纳米纤维增强SiC木材陶瓷的制备方法，其特征在于，S1中高温热解的条件为：氮气气氛压力为1.5～5.0atm，850～1200℃下保温1～4h。3.根据权利要求2所述的SiC纳米纤维增强SiC木材陶瓷的制备方法，其特征在于，高温热解的升温制度为：室温至500℃的升温速率为0.3～1.0℃/min；500℃至850～1200℃的升温速率为2.0～5.0℃/min。4.根据权利要求1所述的SiC纳米纤维增强SiC木材陶瓷的制备方法，其特征在于，S2中浸渍的时间为1～6h，且真空浸渍；干燥温度为30～80℃，干燥时间为15～40h。5.根据权利要求1所述的SiC纳米纤维增强SiC木材陶瓷的制备方法，其特征在于，S3中木材结构多孔碳模板与一氧化硅粉末的质量比为1:(3～10)。6.根据权利要求1所述的SiC纳米纤维增强SiC木材陶瓷的制备方法，其特征在于，S3的具体操作为：S3.1：将附着金属盐的木材结构多孔碳模板置于石墨坩埚中部的B...

【专利技术属性】
技术研发人员：王波，武慕仑，周小楠，徐娇倩，任翊，余杨，杨建锋，史忠旗，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：