本发明专利技术公开了一种制备多孔氮化硅陶瓷材料的方法，包括如下步骤：将淀粉与水在40～90℃下搅拌，制得预凝胶化淀粉；向预凝胶化淀粉中加入氮化硅、烧结助剂、粘结剂及消泡剂，球磨使混合均匀，制得混合浆料；将制得的混合浆料浇注成型，进行脱气、固化、使样品完全冻结及冷冻干燥处理，制得多孔氮化硅陶瓷坯体；升温脱除制得的多孔氮化硅陶瓷坯体中的有机挥发物；进行烧结，烧结后样品随炉冷却。利用本发明专利技术的制备方法制得的氮化硅陶瓷材料的开口气孔率高(可达60～90％)、密度低(为0.32～1.28g/cm3)、抗弯强度可在5～140MPa范围内可调，可满足高温气体与液体过滤、净化分离、化工催化载体等领域材料的应用性能要求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种多孔氮化硅陶瓷材料的制备方法，具体说，是涉及一种以淀粉固化结合冷冻干燥技术制备高开口气孔率、低密度并且拥有较好强度的氮化硅陶瓷材料的方法，属于陶瓷材料制备
技术介绍
多孔氮化硅陶瓷材料由于具有轻质、耐高温、耐腐蚀等特点，在高温气体过滤、传感器、催化剂载体、分离膜等领域有广泛的应用前景，因此关于多孔氮化硅陶瓷的制备方法成为目前研究的热点之一。例如中国专利文献CN1473140A公开了一种以金属Si粉为原料，Sm2O3Jr2O3Jb2O3等为烧结助剂，在频率^GHz的微波加热下制备高气孔率(> 78% )， 高强度(> 200MPa)的多孔氮化硅陶瓷的方法，但其气孔多为闭气孔，无法应用于过滤等领域。Yu等人(J Sol-Gel Sci Technol Q010) 53 :515 523)公开了一种用凝胶注模法制备多孔氮化硅陶瓷的方法，通过调节有机单体的含量和比例，控制坯体的气孔率，从而获得气孔率大于50%，强度大于130MPa的样品。Yang等人(Acta Materialia (2002) 50 4831 4840)公开了一种以氮化硅和碳粉为原料，通过原位反应烧结制备碳化硅结合氮化硅多孔陶瓷的方法，所制备材料的气孔率为50 70%，抗弯强度为100 20MPa。Shan 等人(Scripta Materialia(2007) 56 :193 196)公开了一种以二氧化硅和碳粉为原料， 热碳还原氮化反应制备多孔氮化硅陶瓷的方法，得到的样品气孔率为68. 8%，抗弯强度为 19.6MPa。但如何制备高开口气孔率、低密度并且拥有较好强度的氮化硅陶瓷材料，至今未见相关报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种制备高开口气孔率、低密度并且拥有较好强度的氮化硅陶瓷材料的方法，以填补本领域的技术空白。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下，包括如下步骤a)将淀粉与水在40 90°C下搅拌，制得预凝胶化淀粉；b)向预凝胶化淀粉中加入氮化硅、烧结助剂、粘结剂及消泡剂，球磨使混合均勻， 制得混合浆料；c)将步骤b)制得的混合浆料浇注成型，进行脱气、固化、使样品完全冻结及冷冻干燥处理，制得多孔氮化硅陶瓷坯体；d)升温脱除步骤C)制得的多孔氮化硅陶瓷坯体中的有机挥发物；e)进行烧结，烧结后样品随炉冷却，即得所述的多孔氮化硅陶瓷材料。步骤a)中的淀粉与水的质量比推荐为0. 01 1 0. 2 1，优选为0. 04 1 0. 12 1。步骤a)中的搅拌时间推荐为5 30分钟。步骤b)中的氮化硅、烧结助剂、粘结剂及消泡剂与水的质量比依次推荐为 (0.5 1) (0.01 0.1) (0 0.1) (0.001 0.02) 1。所述的烧结助齐[J推荐为t03、Y(N03)3、Yb203、Lu203、Nd203、Er203、Al203、Si02、Li20 中的任意一种或二种以上以任意比例组成的混合物。所述的粘结剂推荐为聚乙烯醇或甲基纤维素。所述的消泡剂推荐为正辛醇。步骤c)中的脱气处理推荐为在真空干燥箱中，于常温、100 以下真空脱气10 分钟以上。步骤c)中的固化处理推荐为在50 90°C的密闭烘箱内固化30 90分钟。步骤c)中的使样品完全冻结处理推荐为使样品在低于-10°C的低温环境中放置 4 48小时。步骤c)中的冷冻干燥处理推荐为在0 80°C和5 IOOPa的环境下冷冻干燥 6 48小时。步骤d)中的升温脱除有机挥发物的操作推荐为在空气中以低于2°C /min的升温速率升到600°C，然后保温1 12小时。步骤e)中的烧结条件推荐为在氮气气氛下，以5 10°C /min升到1300 1950°C，然后烧结保温1 12小时。与现有技术相比，利用本专利技术的制备方法制得的氮化硅陶瓷材料的开口气孔率高 (可达60 90% )、密度低(为0. 32 1. ^g/cm3)、抗弯强度可在5 140MPa范围内可调，可满足气体与液体过滤、净化分离、化工催化载体等领域材料的应用性能要求。附图说明图1为实施例1所用的氮化硅原料(a)及制得的多孔氮化硅陶瓷材料(b)的XRD 对照图；图2为实施例3、4、5所制得的多孔氮化硅陶瓷材料的强度、气孔率曲线对照图；图3为实施例3、4、5所制得的多孔氮化硅陶瓷材料的孔径分布对照图；图4为实施例5所制得的多孔氮化硅陶瓷材料在低倍数(a)和高倍数(b)下的扫描电镜对照图。具体实施例方式下面结合实施例和附图对本专利技术做进一步详细、完整地说明，但本专利技术并不仅限于下述实施例中的内容。实施例1a)将8g淀粉与75g去离子水在70°C下强烈搅拌10分钟，使其吸水溶胀，制得预凝胶化淀粉；b)将制得的预凝胶化淀粉转移到球磨罐中，然后将50g氮化硅、2. 5g烧结助剂氧化钇、2g粘结剂聚乙烯醇及Ig消泡剂正辛醇加入到球磨罐中，球磨使混合均勻，制得混合浆料；c)将步骤b)制得的混合浆料浇注成型，然后放入真空干燥箱中于常温100 以下真空脱气15分钟，以消除浆料中的气泡；再将样品密封放入85°C的烘箱内固化30分钟，待冷却到室温后将样品置于-30°C的低温冰箱中保持M小时，使样品完全冻结；将冻结后的样品快速转移到冷冻干燥机中，5°C和10 的环境下冷冻干燥M小时，使冷冻坯体内的冰晶升华，从而形成多孔坯体，制得多孔氮化硅陶瓷坯体；d)将步骤c)制得的多孔氮化硅陶瓷坯体在空气中以1°C /min的升温速率升到 600°C，然后保温2小时，以脱除淀粉、粘结剂等有机挥发物；e)将样品放入高温碳管炉内，于氮气气氛下以10°C /min的升温速率升到1680°C， 然后烧结保温2小时，烧结后样品随炉冷却，即得所述的多孔氮化硅陶瓷材料。采用阿基米德排水法测试样品的开口气孔率和体积密度(GB/T3810. 3-2006)；抗弯强度测试在美国Instron公司5566材料万能试验机上进行，加载速率为0. 5mm/min,跨距为30mm,样品尺寸为3mmX4mmX36mm。经检测得知本实施例制得的多孔氮化硅陶瓷材料的开口气孔率为82%，密度为 0. 576g/cm3，抗弯强度为 8MPa。图1为本实施例所用的氮化硅原料(a)及制得的多孔氮化硅陶瓷材料(b)的XRD 对照图，由图1可见经过高温烧结，氮化硅由几乎完全α相转变为β相，而柱状β相氮化硅有利于提高材料的力学性能。实施例2a)将8g淀粉与70g去离子水在90°C下强烈搅拌5分钟，使其吸水溶胀，制得预凝胶化淀粉；b)将制得的预凝胶化淀粉转移到球磨罐中，然后将50g氮化硅、2g烧结助剂氧化钇、2g粘结剂聚乙烯醇及1.2g消泡剂正辛醇加入到球磨罐中，球磨使混合均勻，制得混合浆料；c)将步骤b)制得的混合浆料浇注成型，然后放入真空干燥箱中于常温100 以下真空脱气20分钟，以消除浆料中的气泡；再将样品密封放入70°C的烘箱内固化60分钟，待冷却到室温后将样品置于-30°C的低温冰箱中保持M小时，使样品完全冻结；将冻结后的样品快速转移到冷冻干燥机中，在7°C和20 的环境下冷冻干燥M小时，使冷冻坯体内的冰晶升华，从而形成多孔坯体，制得多孔氮化硅陶瓷坯体；d)将步骤c)制得的多孔氮化硅陶瓷坯体在空气中以1. 5°C /min的升本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种制备多孔氮化硅陶瓷材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：ａ）将淀粉与水在４０～９０℃下搅拌，制得预凝胶化淀粉；ｂ）向预凝胶化淀粉中加入氮化硅、烧结助剂、粘结剂及消泡剂，球磨使混合均匀，制得混合浆料；ｃ）将步骤ｂ）制得的混合浆料浇注成型，进行脱气、固化、使样品完全冻结及冷冻干燥处理，制得多孔氮化硅陶瓷坯体；ｄ）升温脱除步骤ｃ）制得的多孔氮化硅陶瓷坯体中的有机挥发物；ｅ）进行烧结，烧结后样品随炉冷却，即得所述的多孔氮化硅陶瓷材料。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：曾宇平，姚冬旭，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：31
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