一種多孔莫來石-碳化硅復合陶瓷材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種多孔莫來石-碳化硅復合陶瓷材料及其制備方法。其技術方案是：以60~80wt%的氫氧化鋁細粉、14~18wt%的硅石細粉、1~3wt%的二氧化硅微粉、1~12wt%的硅粉、0.8~5wt%的碳粉和0.2~3wt%的碳酸鎂細粉為原料，外加所述原料4~6wt%的硅溶膠，攪拌，成型，在110℃條件下保溫12~36小時；然后在還原氣氛下升溫至1200~1250℃，保溫1~3小時，再在還原氣氛下將溫度由1200~1250℃升溫至1400~1500℃，保溫3~8小時，即得多孔莫來石-碳化硅復合陶瓷材料。本發(fā)明工藝簡單和環(huán)境友好，所制備的多孔莫來石-碳化硅復合陶瓷材料物相組成及形貌可控、氣孔尺寸及體積含量可控、氣孔率高、強度高、導熱系數(shù)低、抗介質侵蝕能力強和高溫性能好。
【專利說明】一種多孔莫來石-碳化硅復合陶瓷材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于多孔陶瓷材料【技術領域】。尤其涉及一種多孔莫來石-碳化硅復合陶瓷材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]多孔陶瓷由于具有優(yōu)異的性能，已廣泛應用于催化劑載體、熔融金屬過濾器、分離用薄膜、水凈化器、生物陶瓷及隔熱材料等。莫來石有著低的熱膨脹系數(shù)、好的熱震穩(wěn)定性及優(yōu)異的機械性能和化學穩(wěn)定性；碳化硅具有高的機械強度、高硬耐磨和化學穩(wěn)定性；同時，莫來石和碳化硅具有相近的熱膨脹系數(shù)和良好的化學相容性；這使得多孔莫來石-碳化硅復合陶瓷的發(fā)展越來越受到人們的重視。
[0003]關于多孔莫來石-碳化硅復合陶瓷材料的研究目前已有一定的進展，但主要集中在以碳化硅為主晶相、以莫來石為結合相的材質上，如多孔莫來石結合碳化硅陶瓷(劉施峰，曾宇平，江東亮.多孔碳化硅陶瓷的原位氧化反應制備及其性能.硅酸鹽學報，2008，36 (5) =597-601)是采用顆粒堆積成孔法，以特定粒度的碳化硅為骨料和以特定粒度的Al2O3為添加劑制備而成，但一方面，顆粒堆積成孔法不能制備高氣孔率的材料，另一方面，特殊粒徑會造成原料成本偏高；又如高強度硅酸鹽結合SiC多孔復合材料(張麗.高強度硅酸鹽結合SiC多孔復合材料的制備.碩士學位論文，武漢理工大學，2008)是采用碳化硅((1α5=37μπι)、氫氧化鋁(dQ.5=4.5μπι)、紅柱石、藍晶石、硅灰和白炭黑為原料制備而成，由于氫氧化鋁粒度很小(da5=4.5 μ m)且含量很少(16.7wt%)，容易反應燒結，對氣孔體積的貢獻非常小，故該方法仍以顆粒堆積成孔法為主，導致試樣的氣孔率很低(最高僅為31.5%)，且同時存在特殊粒徑會造成原料成本偏高的問題；又如“原位反應法制備莫來石結合的碳化硅多孔陶瓷”(CN200510029152.5)專利技術，以石墨為造孔劑，制備了以碳化硅表面原位反應生成的莫來石為結合相的碳化硅多孔陶瓷，盡管獲得了較高的氣孔率，但石墨造孔劑燃燒后產(chǎn)生CO2，造成了二次污染，不利于環(huán)境保護；再如增強碳化硅泡沫陶瓷(吉曉莉，徐飛，力國民等.原位合成莫來石晶須增強碳化硅泡沫陶瓷.中國粉體技術，2011，17 (3):33-36)以碳化硅、氧化鋁和高嶺土為主要原料，采用有機泡沫浸潰法制備了碳化硅泡沫陶瓷坯體，但該方法制備工藝復雜，難以獲得微孔級且孔徑分布均勻的氣孔結構。
[0004]綜上所述，目前關于多孔莫來石-碳化硅復合陶瓷材料的制備存在四個問題:(1)顆粒堆積造孔法制得的氣孔率較低；(2)以特殊粒度材料為原料，增加了原料制作成本；
(3)造孔劑燃燒產(chǎn)生氣孔后，生成的CO2會造成二次污染；(4)有機泡沫浸潰法或模板法工藝復雜，且難以獲得微孔級且孔徑分布均勻的氣孔結構；(5)主要以碳化硅為主晶相、以莫來石為結合相，導熱系數(shù)過高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術缺陷，目的是提供一種制備工藝簡單的多孔莫來石-碳化硅復合陶瓷材料的制備方法，用該方法制備的多孔莫來石-碳化硅復合陶瓷材料不僅氣孔率高、強度高、導熱系數(shù)低、抗介質侵蝕能力強和高溫性能好，且環(huán)境友好、物相組成及形貌可控、氣孔尺寸及體積含量可控。[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是:以6(T80wt%的氫氧化鋁細粉、14~18%的硅石細粉、I~3wt%的二氧化硅微粉、ri2wt%的硅粉、0.8~5wt%的碳粉和0.2~3wt%的碳酸鎂細粉為原料，外加所述原料4飛wt%的硅溶膠，攪拌均勻，機壓成型，成型后的坯體在110°C條件下保溫12~36小時；然后在還原氣氛下升溫至120(Tl25(rC，保溫1~3小時，再在還原氣氛下將溫度由120(Tl25(TC升溫至140(Tl50(rC，保溫3~8小時，即得多孔莫來石-碳化硅復合陶瓷材料。
[0007]在上述技術方案中:
所述氫氧化招細粉的Al (OH) 3含量大于98wt%,粒徑小于88 μ m。
[0008]所述娃石細粉的SiO2含量大于96wt%,粒徑小于74mm。
[0009]所述二氧化硅微粉的SiO2含量大于93wt%，粒徑小于4 μ m。
[0010]所述硅粉的Si含量大于90wt%，粒徑為3~100 μ m。
[0011 ] 所述碳粉的C含量大于90wt%，粒徑小于88 μ m。
[0012]所述碳酸鎂細粉的MgCO3含量大于97wt%，粒徑小于88 μ m。
[0013]所述硅溶膠的濃度為20~40wt%。
[0014]所述機壓成型的壓力為3(Tl00MPa。
[0015]由于采用上述技術方案，本發(fā)明利用原料自身分解原位產(chǎn)生微米級氣孔，分解后的原料原位反應生成莫來石，形成了莫來石與氣孔分布均勻的微孔結構，同時，在微孔中原位形成了分布均勻的碳化硅晶須，不僅增強了莫來石微孔結構的強度，而且堵塞了部分開口微孔，得到了多孔莫來石-碳化硅復合陶瓷材料。所制備的產(chǎn)品具有更佳的高溫強度和抗介質侵蝕性能。
[0016]因此，本發(fā)明制備工藝簡單和環(huán)境友好，所制備的多孔莫來石-碳化硅復合陶瓷材料物相組成及形貌可控、氣孔尺寸及體積含量可控、氣孔率高、導熱系數(shù)低、強度高、抗介質侵蝕能力強和高溫性能好。
【具體實施方式】
[0017]下面結合【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步的描述，并非對其保護范圍的限制。
[0018]為避免重復，先將本【具體實施方式】中的原料和娃溶膠統(tǒng)一描述如下，實施例中不再贅述:
所述氫氧化招細粉的Al (OH) 3含量大于98wt%,粒徑小于88 μ m ;
所述娃石細粉的SiO2含量大于96wt%,粒徑小于74mm ；
所述二氧化娃微粉的SiO2含量大于93wt%,粒徑小于4 μ m ;
所述硅粉的Si含量大于90wt%，粒徑為3~100 μ m ；
所述碳粉的C含量大于90wt%,粒徑小于88 μ m ;
所述碳酸鎂細粉的MgCO3含量大于97wt%，粒徑小于88 μ m ;
所述硅溶膠的濃度為2(T40wt%。
[0019]實施例1
一種多孔莫來石-碳化硅復合陶瓷材料及其制備方法:以75~80wt%的氫氧化鋁細粉、15~18%的硅石細粉、I~2wt%的二氧化硅微粉、I~4wt%的硅粉、0.8~1.5wt%的碳粉和
2.2~3wt%的碳酸鎂細粉為原料，外加所述原料4~6wt%的硅溶膠，攪拌均勻，在3(T60MPa壓力下機壓成型，成型后的坯體在110°C條件下保溫24~36小時；然后在還原氣氛下升溫至120(Tl250°C，保溫I~2小時，再在還原氣氛下將溫度由120(Tl25(TC升溫至140(Tl45(TC，保溫3飛小時，即得多孔莫來石-碳化硅復合陶瓷材料。
[0020]本實施例所制備的多孔莫來石-碳化硅復合陶瓷材料:顯氣孔率為50飛5% ;體積密度為1.36~1.65g/cm3 ;平均孔徑為I~10 μ m ;耐壓強度為15~40 MPa。
[0021]實施例2
一種多孔莫來石-碳化硅復合陶瓷材料及其制備方法:以7(T75wt%的氫氧化鋁細粉、14~16%的硅石細粉、I~2wt%的二氧化硅微粉、5~8wt%的硅粉、1.2~2.5wt%的碳粉和1.8^2.5wt%的碳酸鎂細粉為原料，外加所述原料4~6wt%的硅溶膠，攪拌均勻，在5(T80MPa壓力下機壓成型，成型后的坯體在110°C條件下保溫12~24小時；然后在還原氣氛下升溫至120(Tl250°C，保溫2~3小時，再在還原氣氛下將溫度由120(Tl25(TC升溫至145(Tl500°C，保溫3飛小時，即得多孔莫來石-碳化硅復合陶瓷材料。
[0022]本實施例所制備的多孔莫來石-碳化硅復合陶瓷材料:顯氣孔率為45飛5% ;體積密度為1.50~1.89g/cm3 ;平均孔徑為2~15 μ m ;耐壓強度為30~50 MPa。
[0023]實施例3
一種多孔莫來石-碳化硅復合陶瓷材料及其制備方法:以65~70wt%的氫氧化鋁細粉、14~16%的硅石細粉、2~3wt%的二氧化硅微粉、6~10wt%的硅粉、2.5~4.0wt%的碳粉和
1.2~2.0wt%的碳酸鎂細粉為原料，外加所述原料4~6wt%的硅溶膠，攪拌均勻，在4(T70MPa壓力下機壓成型，成型后的坯體在110°C條件下保溫16~30小時；然后在還原氣氛下升溫至120(Tl250°C，保溫I~2小時，再在還原氣氛下將溫度由120(Tl250°C升溫至140(Tl450°C，保溫5~8小時，即得多孔莫來石-碳化硅復合陶瓷材料。
[0024]本實施例所制備的多孔莫來石-碳化硅復合陶瓷材料:顯氣孔率為48飛0% ;體積密度為1.40~1.83g/cm3 ;平均孔徑為5~25 μ m ;耐壓強度為25~46 MPa。
[0025]實施例4
一種多孔莫來石-碳化硅復合陶瓷材料及其制備方法:以6(T65wt%的氫氧化鋁細粉、14~18%的硅石細粉、I~3wt%的二氧化硅微粉、9~12wt%的硅粉、3.5~5.0wt%的碳粉和
0.2^2.0wt%的碳酸鎂細粉為原料，外加所述原料4~6wt%的硅溶膠，攪拌均勻，在6(Tl00MPa壓力下機壓成型，成型后的坯體在110°c條件下保溫24~36小時；然后在還原氣氛下升溫至120(Tl250°C，保溫I~2小時，再在還原氣氛下將溫度由120(Tl25(TC升溫至145(Tl50(TC，保溫5~8小時，即得多孔莫來石-碳化硅復合陶瓷材料。
[0026]本實施例所制備的多孔莫來石-碳化硅復合陶瓷材料:顯氣孔率為36飛0% ;體積密度為1.62~1.98g/cm3 ;平均孔徑為5~30 μ m ;耐壓強度為40~80 MPa。
[0027]本【具體實施方式】利用原料自身分解原位產(chǎn)生微米級氣孔，分解后的原料原位反應生成莫來石，形成了莫來石與氣孔分布均勻的微孔結構，同時，在微孔中原位形成了分布均勻的碳化硅晶須，不僅增強了莫來石微孔結構的強度，而且堵塞了部分開口微孔，得到了多孔莫來石-碳化硅復 合陶瓷材料。所制備的產(chǎn)品具有更佳的高溫強度和抗介質侵蝕性能。
[0028]因此，本【具體實施方式】制備工藝簡單和環(huán)境友好，所制備的多孔莫來石-碳化硅復合陶瓷材料物相組成及形貌可控、氣孔尺寸及體積含量可控、氣孔率高、導熱系數(shù)低、強度高、抗介質侵蝕 能力強和高溫性能好。
【權利要求】
1.一種多孔莫來石-碳化硅復合陶瓷材料的制備方法，其特征在于以6(T80wt%的氫氧化鋁細粉、14~18%的硅石細粉、I~3wt%的二氧化硅微粉、I~12wt%的硅粉、0.8~5wt%的碳粉和0.2^3wt%的碳酸鎂細粉為原料，外加所述原料4~6wt%的硅溶膠，攪拌均勻，機壓成型，成型后的坯體在110°C條件下保溫12~36小時；然后在還原氣氛下升溫至120(Tl25(rC，保溫1~3小時，再在還原氣氛下將溫度由120(Tl250°C升溫至140(Tl50(TC，保溫3~8小時，即得多孔莫來石-碳化硅復合陶瓷材料。
2.根據(jù)權利要求1所述的多孔莫來石-碳化硅復合陶瓷材料的制備方法，其特征在于所述氫氧化招細粉的Al (OH) 3含量大于98wt%,粒徑小于88 μ m。
3.根據(jù)權利要求1所述的多孔莫來石-碳化硅復合陶瓷材料的制備方法，其特征在于所述娃石細粉的SiO2含量大于96wt%,粒徑小于74mm。
4.根據(jù)權利要求1所述的多孔莫來石-碳化硅復合陶瓷材料的制備方法，其特征在于所述二氧化娃微粉的SiO2含量大于93wt%,粒徑小于4 μ m。
5.根據(jù)權利要求1所述的多孔莫來石-碳化硅復合陶瓷材料的制備方法，其特征在于所述硅粉的Si含量大于90wt%，粒徑為3~100 μ m。
6.根據(jù)權利要求1所述的多孔莫來石-碳化硅復合陶瓷材料的制備方法，其特征在于所述碳粉的C含量大于90wt%,粒徑小于88 μ m。
7.根據(jù)權利要求1所述的多孔莫來石-碳化硅復合陶瓷材料的制備方法，其特征在于所述碳酸鎂細粉的MgCO3含量大于97wt%，粒徑小于88 μ m。
8.根據(jù)權利要求1所述的多孔莫來石-碳化硅復合陶瓷材料的制備方法，其特征在于所述硅溶膠的濃度為2(T40wt%。
9.根據(jù)權利要求1所述的多孔莫來石-碳化硅復合陶瓷材料的制備方法，其特征在于所述機壓成型的壓力為3(Tl00MPa。
10.一種多孔莫來石-碳化硅復合陶瓷材料，其特征在于所述多孔莫來石-碳化硅復合陶瓷材料是根據(jù)權利要求1、項中任一項所述的多孔莫來石-碳化硅復合陶瓷材料的制備方法所制備的多孔莫來石-碳化硅復合陶瓷材料。
【文檔編號】C04B35/622GK103553583SQ201310471566
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月11日 優(yōu)先權日:2013年10月11日
【發(fā)明者】鄢文, 陳俊峰, 李楠, 韓兵強, 魏耀武, 柯昌明 申請人:武漢科技大學