專(zhuān)利名稱(chēng)：高強(qiáng)開(kāi)孔泡沫陶瓷和其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及陶瓷領(lǐng)域，涉及高強(qiáng)開(kāi)孔泡沫陶瓷，例如用作為袋式過(guò)濾器、用于過(guò)濾的支承體、熱交換器、交流換熱器、電加熱的恒溫器、催化劑載體、用于表面輻射燃燒器的釋熱元件和容積燃燒器(Volumenbrenner)，高溫反應(yīng)室、吸聲器或用于高溫配電板的增強(qiáng)材料，以及涉及它們的制備方法。
現(xiàn)有技術(shù)按“Schwartzwalder法”制備開(kāi)孔泡沫陶瓷的方法是眾所周知的，該方法在工業(yè)上具有利用價(jià)值并且具有長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展前景。有關(guān)的方法包括將開(kāi)孔聚合物泡沫切割成所需的構(gòu)件，接著用由陶瓷顆粒和水或溶劑組成的懸浮液進(jìn)行浸漬。然后，一次或多次機(jī)械擠壓經(jīng)浸漬的聚合物泡沫，隨后進(jìn)行干燥?，F(xiàn)在，燒盡聚合物泡沫，然后燒結(jié)殘留的陶瓷層(US3090094)。
根據(jù)該方法制備的開(kāi)孔泡沫陶瓷是起始原料孔狀聚合物結(jié)構(gòu)的模型。由于燃燒掉聚合物泡沫，殘留的陶瓷體是空心的。這種陶瓷體的橫截面是三面體，而且橫截面上空腔的形狀同樣是三面體。在空腔的邊緣上，陶瓷層常常開(kāi)裂?？涨缓土鸭y導(dǎo)致機(jī)械強(qiáng)度極低。原因是由于在燒結(jié)時(shí)陶瓷層收縮，這種開(kāi)裂的傾向還會(huì)加劇，因此，人們使用收縮較低的材料，但是，這種材料在燒結(jié)后，內(nèi)部具有高氣孔率。這同樣使得機(jī)械強(qiáng)度下降(《美國(guó)陶瓷協(xié)會(huì)》雜志，77(6)，第1467-72頁(yè)(1994))。
為了提高強(qiáng)度，人們已經(jīng)進(jìn)行了試驗(yàn)，目的是提供具有高強(qiáng)的開(kāi)孔泡沫陶瓷，所述泡沫陶瓷體在陶瓷泡沫的燒結(jié)前后具有一層或多層附加層。涂覆該附加層，其中用陶瓷沉積物(懸浮液)浸漬經(jīng)涂層的聚合物泡沫或經(jīng)燒結(jié)的泡沫陶瓷(例如GB2097777)。
這方面的問(wèn)題在于過(guò)量的懸浮液不再能通過(guò)機(jī)械擠壓從泡沫陶瓷孔中排出，從而不能破壞硬質(zhì)的泡沫結(jié)構(gòu)，因此，必需使用固含量低的流動(dòng)性好的懸浮液，這種懸浮液可滴出，而不會(huì)堵塞孔，并因此不會(huì)降低開(kāi)孔性。固含量低的流動(dòng)性好的懸浮液存在的缺點(diǎn)是陶瓷顆粒的涂層較薄，在干燥懸浮液時(shí)由于干燥開(kāi)裂或預(yù)燒結(jié)時(shí)由于收縮開(kāi)裂而斷裂。
此外，因?yàn)椴荒芘懦籼沾审w中無(wú)作用的空腔結(jié)構(gòu)，所以孔體外部多次涂層的效果差。而且，附加層減少了泡沫陶瓷游離孔的體積，這就是大多數(shù)使用中存在的缺點(diǎn)(《美國(guó)陶瓷協(xié)會(huì)》雜志，77(6)，第1467-72頁(yè)(1994)，在1467頁(yè)，第2段，左欄)。
EP0369098公開(kāi)了一種方法，包括在真空下，用由膠體耐火氧化物和耐火氧化物粉末組成的懸浮液浸漬預(yù)燒結(jié)的開(kāi)孔陶瓷泡沫，在滴出懸浮液后進(jìn)行干燥。除了涂層孔體(如上進(jìn)行的)外，在浸漬時(shí)，也要使懸浮液填充孔體的空腔。如上所述，必需使用流動(dòng)性極好的懸浮液進(jìn)行浸漬，因此，在浸漬陶瓷體空腔時(shí)所含的陶瓷顆粒的量極少。在燒結(jié)后，陶瓷相的體積量極低。此外，如上所述，在干燥和燒結(jié)時(shí)，經(jīng)低濃度陶瓷懸浮液多次涂覆的層開(kāi)裂，從而降低了增強(qiáng)作用。
此外，眾所周知的是用化學(xué)氣相沉積法/化學(xué)氣相燒結(jié)法(CVD/CVI)制備開(kāi)孔碳泡沫。在這種情況下，通過(guò)熱解開(kāi)孔聚合物泡沫制備碳泡沫，接著將它們切割成所要求的構(gòu)件形狀。然后，借助于CVD/CVI法，用陶瓷組分涂覆碳泡沫(《陶瓷專(zhuān)刊》，第70卷，第6期，1991年，第1025-1028頁(yè))。這種制備方法極為昂貴并且要求費(fèi)用高的安裝技術(shù)。
按該方法制備的泡沫陶瓷同樣是起始材料開(kāi)孔聚合物結(jié)構(gòu)的模型。該陶瓷體由涂覆陶瓷的致密層構(gòu)成，而且，陶瓷體的內(nèi)部由原來(lái)的碳架構(gòu)成。由于致密和增強(qiáng)的陶瓷層，使得該泡沫陶瓷極為牢固，但是，由于強(qiáng)度要明顯低于陶瓷層的內(nèi)部碳架，在高負(fù)荷下，機(jī)械強(qiáng)度同樣不高。此外，在高溫下，碳架停止氧化，使得泡沫陶瓷其它方面良好的高溫穩(wěn)定性極差。由于這個(gè)原因，應(yīng)除去高溫下使用的碳架，由此而又制成了空心的陶瓷體。
另一個(gè)制備開(kāi)孔泡沫陶瓷的已知方法是通過(guò)發(fā)泡劑直接進(jìn)行發(fā)泡。對(duì)此，首先制備由陶瓷顆粒和水或一種溶劑組成的懸浮液。向該懸浮液中加入一種發(fā)泡劑和聚合物組分。接著將該懸浮液澆鑄到模具中，開(kāi)始使發(fā)泡劑進(jìn)行反應(yīng)。通過(guò)該反應(yīng)，發(fā)泡劑產(chǎn)生使懸浮液發(fā)泡的氣泡。接著使聚合物組分進(jìn)行交聯(lián)，由此凝固泡沫體。然后，燒掉聚合物組分，燒結(jié)殘留的泡沫體(Produktblatt發(fā)泡劑W53 FL,Zschimmer&Schwarz GmbH公司和Lahnstein股份有限公司產(chǎn)品)。這種方法的缺點(diǎn)是難以調(diào)節(jié)泡沫。
按這種方法制備的泡沫陶瓷具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在燒結(jié)后，該陶瓷體的整個(gè)橫截面上由陶瓷構(gòu)成。這種泡沫陶瓷的外部構(gòu)型由于模具至少成二維結(jié)構(gòu)，泡沫體受到限制。經(jīng)燒結(jié)的泡沫陶瓷具有微小的多孔，原因是懸浮液不允許有較高的顆粒濃度。如果濃度較高，懸浮液變稠，難以發(fā)泡或者發(fā)泡進(jìn)行的不完全。固含量低的濃度會(huì)使這種陶瓷的結(jié)構(gòu)松弛。在燒結(jié)時(shí)通過(guò)收縮致密陶瓷時(shí)，同樣會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力和開(kāi)裂，使得陶瓷的強(qiáng)度受到限制。人們選擇收縮小的陶瓷體系，這樣可保持多孔性，由該多孔性同樣會(huì)引起強(qiáng)度下降。此外，存在的缺點(diǎn)是氣孔直徑全部尤其是超過(guò)模具高度時(shí)難以調(diào)節(jié)，由此影響了泡沫陶瓷的可流過(guò)能力。
同樣眾所周知的另一個(gè)方法是借助于空氣直接發(fā)泡來(lái)制備泡沫陶瓷。在該方法中，向由陶瓷顆粒和水或一種溶劑組成的懸浮液中加入一種聚合物組分。接著通過(guò)高速運(yùn)行的特殊攪拌器將氣泡帶入到該懸浮液中。然后將經(jīng)發(fā)泡的懸浮液倒入模具中，通過(guò)交聯(lián)聚合物組分使泡沫體凝固。接著燒掉聚合物組分，并燒結(jié)泡沫體。用該方法，只能產(chǎn)生非常細(xì)的泡沫，具有的開(kāi)孔率極低。該陶瓷體的整個(gè)橫截面由陶瓷材料構(gòu)成。這種泡沫的強(qiáng)度同樣受到限制，因?yàn)椴豢赡芎懈邼舛鹊奶沾深w粒，并且在燒結(jié)期間收縮時(shí)同樣產(chǎn)生應(yīng)力和開(kāi)裂，泡沫陶瓷的強(qiáng)度受到限制。此外，也影響了泡沫體的可流過(guò)能力，因?yàn)椤翱住背３Ｊ敲荛]的孔。
本發(fā)明的描述本發(fā)明的目的是用一種簡(jiǎn)單和價(jià)廉物美的方法制備具有改進(jìn)強(qiáng)度的泡沫陶瓷。
本發(fā)明的目的通過(guò)本發(fā)明所附的權(quán)利要求書(shū)實(shí)現(xiàn)。
在本發(fā)明具有高強(qiáng)的開(kāi)孔泡沫陶瓷中，用一種或多種金屬和/或陶瓷相和/或玻璃相完全或部分填充陶瓷體的內(nèi)部空腔，陶瓷體的裂紋和陶瓷體的氣孔。
有利地是用一種或多種金屬相完全或基本上完全填充陶瓷體的內(nèi)部空腔，陶瓷體的裂紋和陶瓷體的氣孔。
同樣有利地是用一種或多種陶瓷相完全或基本上完全填充陶瓷體的內(nèi)部空腔，陶瓷體的裂紋和陶瓷體的氣孔。
同樣有利地是用一種或多種玻璃相完全或基本上完全填充陶瓷體的內(nèi)部空腔，陶瓷體的裂紋和陶瓷體的氣孔。
有利地是，對(duì)于碳化硅泡沫陶瓷，采用硅或硅化合物，鉬或金屬硅化物，鋁-銥氧化物或鉀硅酸鹽或鍶-鉀-硅酸鹽或氟化物，對(duì)于氧化鋁泡沫陶瓷，采用銅-鈦合金或鐵-鈦合金或碳化鈦，對(duì)于氧化鋯泡沫陶瓷，采用莫來(lái)石完全或基本上完全填充陶瓷體的內(nèi)部空腔，陶瓷體的裂紋和陶瓷體的氣孔。
本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)選的方案是用硅和/或硅化合物完全或基本上完全填充碳化硅泡沫陶瓷陶瓷體的內(nèi)部空腔，陶瓷體的裂紋和陶瓷體的氣孔。
此外，按本發(fā)明的方法制備本發(fā)明具有高強(qiáng)開(kāi)孔泡沫陶瓷，用一種或多種金屬和/或陶瓷相和/或玻璃相完全或部分填充陶瓷體的內(nèi)部空腔，陶瓷體的裂紋和陶瓷體氣孔，其中包括切割開(kāi)孔聚合物泡沫，用由陶瓷顆粒和水或一種溶劑組成的懸浮液進(jìn)行涂覆，擠壓并干燥，然后燒掉聚合物泡沫或進(jìn)行熱解，接著燒結(jié)經(jīng)涂覆的泡沫，在燒結(jié)期間或燒結(jié)后，用一種熔融物或一種懸浮液完全或部分填充陶瓷體的空腔，陶瓷體的裂紋和陶瓷體的氣孔，其中熔融物和懸浮液由在泡沫陶瓷熔化溫度以下熔化的物質(zhì)組成，它們具有與泡沫陶瓷相似的膨脹系數(shù)，并具有極好的潤(rùn)濕性，而且不會(huì)或者部分與泡沫陶瓷組分進(jìn)行反應(yīng)，在用懸浮液填充陶瓷體的情況下，接著將用懸浮液填充的陶瓷體加熱到在懸浮液中含有的物質(zhì)，物質(zhì)混合物或其反應(yīng)產(chǎn)物的熔融溫度以上的溫度。
優(yōu)選的方式是用一種熔融物填充燒結(jié)泡沫陶瓷陶瓷體的空腔，陶瓷體的裂紋和陶瓷體的氣孔，所述的熔融物對(duì)于碳化硅泡沫陶瓷，由硅或硅化合物，鉬或金屬硅化物，鋁-銥氧化物或鉀硅酸鹽或鍶-鉀-硅酸鹽或氟化物組成，對(duì)于氧化鋁泡沫陶瓷，由銅-鈦合金或鐵-鈦合金或碳化鈦組成，對(duì)于氧化鋯泡沫陶瓷，由莫來(lái)石組成。
另一種優(yōu)選的方式是用一種熔融物填充燒結(jié)泡沫陶瓷陶瓷體的空腔，陶瓷體的裂紋和陶瓷體的氣孔，所述熔融物對(duì)于碳化硅泡沫陶瓷，由硅或硅化合物與鋁、硼、鐵、銅或氧組成。
本發(fā)明又一個(gè)優(yōu)選的方案是用一種懸浮液填充燒結(jié)泡沫陶瓷陶瓷體的內(nèi)部空腔，陶瓷體的裂紋和陶瓷體的氣孔，所述懸浮液除了含有水或一種溶劑外，對(duì)于碳化硅泡沫陶瓷，由硅或硅化合物、鋁或金屬硅化物、鋁-銥氧化物或鉀硅酸鹽或鍶-鉀-硅酸鹽或氟化物組成，對(duì)于氧化鋁泡沫陶瓷，由銅-鈦合金或鐵-鈦合金或碳化鈦組成，對(duì)于氧化鋯泡沫陶瓷，由莫來(lái)石組成。在用懸浮液填充燒結(jié)泡沫陶瓷陶瓷體的空腔，陶瓷體的裂紋和陶瓷體的氣孔后進(jìn)行干燥。由此在空腔，裂紋和氣孔中有懸浮液中含有的粉末和/或它們的反應(yīng)產(chǎn)物存在。接著立即進(jìn)行干燥，或者晚一些時(shí)候?qū)⑦@種燒結(jié)泡沫陶瓷與在空腔，裂紋或氣孔中存在的粉末和/或它們的反應(yīng)產(chǎn)物一起加熱到粉末組分或它們反應(yīng)產(chǎn)物的熔融溫度以上的溫度。由此熔化粉末組分和/或它們的反應(yīng)產(chǎn)物。這些熔融物完全或部分填充燒結(jié)泡沫陶瓷的空腔，裂紋和氣孔，并在冷卻時(shí)在那兒凝固。
同樣有利地是，用一種懸浮液填充燒結(jié)泡沫陶瓷陶瓷體的空腔，陶瓷體的裂紋和陶瓷體的氣孔，所述懸浮液除了含有水或一種溶劑外，對(duì)于碳化硅泡沫陶瓷，含有由硅或硅化合物與鋁、硼、鐵、銅或氧組成的粉末。然后，同樣干燥該懸浮液，并立即接著或晚一些時(shí)候加熱到使粉末組分和/或反應(yīng)產(chǎn)物熔化的溫度。
同樣有利地是，用一種懸浮液填充燒結(jié)泡沫陶瓷陶瓷體的空腔，陶瓷體的裂紋和陶瓷體的氣孔，所述懸浮液除了含有水或一種溶劑外，含有由玻璃熔塊組成的粉末。然后，同樣干燥該懸浮液，并立即接著或晚一些時(shí)候加熱到熔化粉末組分和/或反應(yīng)產(chǎn)物的溫度。
當(dāng)使用由一種或多種硼硅酸鹽玻璃、硼鋁硅酸鹽和/或鋰鋁硅酸鹽玻璃組成的玻璃熔塊時(shí)，同樣是適用的。
當(dāng)使用由熔融物組成或包含在懸浮液中，在熔化狀態(tài)下具有的接觸角為0-50°的物質(zhì)時(shí)，是特別優(yōu)選的。
本發(fā)明另一個(gè)可能的實(shí)施方式是使用的物質(zhì)由熔融物組成或包含在懸浮液中，在熔化狀態(tài)下部分與泡沫陶瓷的組分發(fā)生反應(yīng)，由此形成具有泡沫陶瓷的反應(yīng)化合物。
也可以按如下的適當(dāng)方式實(shí)施本發(fā)明的方法，通過(guò)熔融物滲透來(lái)填充燒結(jié)陶瓷體的內(nèi)部空腔，陶瓷體的裂紋和陶瓷體的氣孔。
熔融物的滲透優(yōu)選通過(guò)毛細(xì)滲透、傾注滲透或糊狀滲透進(jìn)行。
泡沫陶瓷最終包括在燃燒掉聚合物泡沫后通常保留下的陶瓷層。按本發(fā)明，在該泡沫陶瓷陶瓷體的內(nèi)部空腔，陶瓷體的裂紋和陶瓷體的氣孔中加入了一種熔融物或一種懸浮液。
通過(guò)本發(fā)明的解決方案，可用簡(jiǎn)單和價(jià)廉物美的方法制備高強(qiáng)和具有均勻孔結(jié)構(gòu)的開(kāi)孔泡沫陶瓷。它們是通過(guò)如下方式實(shí)現(xiàn)的，即用一種熔融物填充陶瓷體中原先的空腔，裂紋和氣孔，然后凝固。
此外，也可用一種懸浮液填充該陶瓷體。然后將如此填充的泡沫陶瓷加熱到懸浮液中含有的物質(zhì)，物質(zhì)混合物或它們的反應(yīng)產(chǎn)物的熔融溫度以上的溫度。在這種情況下，熔化懸浮液中含有的已知的粉狀組分，由于用熔融物高度潤(rùn)濕陶瓷，使得它們?cè)僖淮稳绱朔植?，使得陶瓷體的內(nèi)部空腔，陶瓷體的裂紋和陶瓷體的氣孔完全或基本上完全被一種熔融物填充。由此而排除掉干燥懸浮液中也許會(huì)產(chǎn)生的裂紋。
在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的這種方案時(shí)，在第一次填充陶瓷體的內(nèi)部空腔，陶瓷體的裂紋和陶瓷體的氣孔后，該范圍內(nèi)只有部分填充物產(chǎn)生了與所使用的懸浮液的固含量相應(yīng)的粉末和/或它們的反應(yīng)產(chǎn)物。但是，在用懸浮液填充陶瓷體的內(nèi)部空腔，陶瓷體的裂紋和陶瓷體的氣孔的這種方法的方案時(shí)，同時(shí)在陶瓷體的外表面上涂覆有或厚或薄的懸浮液。然后，在干燥后，在陶瓷體的外表面上有厚度不同的粉末組分和/或它們的反應(yīng)產(chǎn)物層存在。在將溫度升高到粉末組分和/或它們的反應(yīng)產(chǎn)物熔融溫度以上的溫度時(shí)，該層也熔化，由于進(jìn)入到陶瓷體的空腔和裂紋和陶瓷體的氣孔中，而完全或基本上完全填充陶瓷體的內(nèi)部空腔，陶瓷體的裂紋和陶瓷體的氣孔。
為了填充陶瓷體的內(nèi)部空腔，陶瓷體的裂紋和陶瓷體的氣孔，也可使用稀稠至糊狀的懸浮液，它可在陶瓷體上形成厚的涂層。泡沫陶瓷孔的部分密封不受該懸浮液的干擾，因?yàn)樵趹腋∫褐泻械姆勰罱M分熔化和熔融物分布后，在陶瓷體的內(nèi)部空腔，陶瓷體的裂紋和陶瓷體的氣孔中的懸浮液又被排除。
如此制備的泡沫陶瓷在孔大小和陶瓷體厚度方面，具有非常均勻的結(jié)構(gòu)，是開(kāi)孔的，極為牢固，并且可在接近泡沫陶瓷存在的低熔化相的熔融溫度下使用。
與泡沫陶瓷發(fā)生反應(yīng)的填充材料組分一方面通過(guò)用反應(yīng)產(chǎn)物填充和陶瓷顆粒另外的化合致使陶瓷殼增強(qiáng)。另一方面，由于反應(yīng)前的組分和過(guò)高的溫度，反應(yīng)促進(jìn)了陶瓷體內(nèi)部的填充。
實(shí)施本發(fā)明的最佳方式借助于多個(gè)實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。實(shí)施例1制備顆粒大小最大值為1-20μm，具有雙峰值SiC分布的水基陶瓷漿料，其中固含量為55-65％(體積)。
用該漿料浸漬尺寸為40×40×25mm的10 ppi-聚氨酯泡沫塊。用離心機(jī)分離過(guò)量的漿料至重量為15g。然后干燥經(jīng)涂覆的泡沫，在600℃下燃燒掉聚氨酯。在2300℃下，于氬氣氛中燒結(jié)殘留的SiC泡沫陶瓷。
冷卻后，在真空下使液態(tài)硅毛細(xì)滲透到陶瓷體的內(nèi)部空腔，裂紋和氣孔中。在硅凝固后，制成SiC泡沫陶瓷，其中陶瓷體的內(nèi)部空腔，陶瓷體的裂紋和陶瓷體的氣孔被硅填充。
在壓制直徑為20mm的試樣時(shí)，在重量為19g時(shí)所施加的平均極限荷載為1500N。
由對(duì)比SiC原料(陶瓷化合或液相燒結(jié)的)組成的陶瓷泡沫在未填充陶瓷體的氣孔和空腔時(shí)，在相同的涂層厚度下具有的極限荷載約為300N。實(shí)施例2制備顆粒大小最大值為1-20μm，具有雙峰值SiC分布的水基陶瓷漿料，其中固含量為55-65％(體積)。
用該漿料浸漬尺寸為40×40×25mm的10ppi-聚氨酯泡沫塊。用離心機(jī)分離過(guò)量的漿料至重量為15g。然后干燥經(jīng)涂覆的泡沫，在600℃下燃燒掉聚氨酯。在2300℃下，于氬氣氛中燒結(jié)殘留的泡沫陶瓷。
此外，制備由50％(體積)Si粉(d50=10μm)的水基組成的陶瓷漿料。用該漿料浸漬燒結(jié)的泡沫陶瓷，在離心機(jī)中離心分離過(guò)量的懸浮液至重量約為19g。然后，干燥經(jīng)浸漬燒結(jié)的泡沫陶瓷，在真空下，加熱到1600℃。在這種情況下，熔融經(jīng)涂覆的硅并潤(rùn)濕SiC泡沫陶瓷。
在硅凝固后，制成SiC泡沫陶瓷，其中陶瓷體的內(nèi)部空腔，陶瓷體的裂紋和陶瓷體的氣孔被硅填充。
在壓制直徑為20mm的試樣時(shí)，在重量為19g時(shí)所施加的平均極限荷載為1500N。實(shí)施例3制備顆粒大小最大值為1-20μm，具有雙峰值SiC分布的水基陶瓷漿料，其中固含量為55-65％(體積)。
用該漿料浸漬尺寸為50×50×10mm的40ppi-聚氨酯泡沫塊。用兩個(gè)橡膠輥?zhàn)?，通過(guò)擠壓去除掉過(guò)量的漿料。然后干燥經(jīng)涂覆的泡沫陶瓷，熱解聚氨酯，同時(shí)在真空下，于1600℃，在工藝步驟中，用20-40％(重量)(按未滲透的涂覆泡沫計(jì))的液態(tài)硅滲透陶瓷體的內(nèi)部空腔，裂紋和氣孔。在凝固硅后，制成SiC泡沫陶瓷，其中陶瓷體的內(nèi)部空腔，陶瓷體的裂紋和陶瓷體的氣孔被硅填充。
在壓制直徑為20mm的試樣時(shí)，在重量為18g時(shí)所施加的平均極限荷載為1000N。實(shí)施例4制備顆粒大小最大值為3μm的SiC粉末和碳黑(按SiC計(jì)為4％C)的水基陶瓷漿料，其中固含量為55-65％(體積)。
用該漿料浸漬尺寸為40×40×25mm的10ppi-聚氨酯泡沫塊。用離心機(jī)分離過(guò)量的漿料至重量為15g，然后干燥經(jīng)涂覆的泡沫陶瓷，熱解聚氨酯，同時(shí)在真空下，于1600℃，在工藝步驟中，用20-40％(重量)(按未滲透的涂覆泡沫計(jì))的液態(tài)硅進(jìn)行滲透。在陶瓷體涂層中，硅首先與碳黑發(fā)生反應(yīng)，生成與存在的SiC顆粒進(jìn)行附加結(jié)合的次生SiC。接著，用硅填充剩余的氣孔，內(nèi)部空腔和裂紋。在硅凝固后，制成SiC泡沫陶瓷，其中陶瓷體的內(nèi)部空腔，陶瓷體的裂紋和陶瓷體的氣孔被硅填充。
在壓制直徑為20mm的試樣時(shí)，在重量為19g時(shí)所施加的平均極限荷載為1300N。實(shí)施例5制備具有寬Al2O3顆粒分布(顆粒大小最大值為80μm)和10％(重量)粘土的水基陶瓷漿料，固含量為60-70％(體積)。用該漿料浸漬尺寸為40×40×25mm的10ppi-聚氨酯泡沫塊。用離心機(jī)分離過(guò)量的漿料至重量為15g。然后干燥經(jīng)涂覆的泡沫，在600℃下，于空氣中燃燒掉聚氨酯。在1350℃下燒結(jié)殘留的Al2O3泡沫陶瓷。接著在1350℃，真空下，用CuTi(20％Ti)合金滲透泡沫，其中CuTi合金以液態(tài)形式加入。制得一種泡沫陶瓷，其中陶瓷體的內(nèi)部空腔，陶瓷體的裂紋和陶瓷體的氣孔被CuTi合金填充。陶瓷體的外殼由Al2O3顆粒組成，并且顆粒之間有CuTi合金存在。
在壓制直徑為20mm的試樣時(shí)，在重量為40g時(shí)所施加的平均極限荷載為1200N。實(shí)施例6制備固含量為60％(體積)的水基陶瓷漿料。漿料的固體由80％具有雙峰值顆粒分布，兩種顆粒大小最大值為6和20μm的SiC粉末和20％的粘土組成。
用該漿料浸漬直徑為70mm，高為25mm的10ppi-聚氨酯泡沫塊。用離心機(jī)分離過(guò)量的漿料至重量為35g。然后干燥經(jīng)涂覆的泡沫，在1200℃箱式爐中，在空氣中燃燒聚氨酯和該陶瓷。
然后，用具有60％(體積)混合物的含水懸浮液浸漬燒結(jié)的泡沫陶瓷，所述混合物由85％細(xì)分散的SiO2和15％鈉硅酸鹽組成。在上述的離心機(jī)中擠壓出過(guò)量的懸浮液至重量增加25％，干燥經(jīng)浸漬的泡沫。
然后，在該過(guò)程中，在1200℃下進(jìn)行第二次燃燒。燃燒后，有粘土結(jié)合的碳化硅泡沫陶瓷存在，其中陶瓷體的內(nèi)部空腔，陶瓷體的裂紋和陶瓷體的氣孔被一種硅酸鹽玻璃填充。在壓制直徑為20mm的試樣時(shí)所施加的平均極限荷載為800N。與此相反，一個(gè)未經(jīng)填充的陶瓷體所承受的極限荷載只為500N。實(shí)施例7制備固含量為78％(重量)的水基陶瓷漿料。漿料的固體由市售的Al2O3燒結(jié)混合物(96％，平均顆粒大小為5μm)組成。
用該陶瓷漿料浸漬尺寸為125×40×20mm的30ppi-聚氨酯泡沫塊。用離心機(jī)分離過(guò)量的漿料至重量為60g。然后干燥經(jīng)涂覆的泡沫，在1650℃的箱式爐中，在空氣中燃燒聚氨酯和該陶瓷。
然后，用具有60％(體積)由硼鋁硅酸鹽玻璃組成的細(xì)磨熔塊的含水懸浮液浸漬燒結(jié)的泡沫陶瓷。在上述的離心機(jī)中擠壓出過(guò)量的懸浮液至重量增加30％，干燥經(jīng)浸漬的泡沫。
然后，在1200℃下進(jìn)行第二次燃燒。燃燒后，有氧化鋁陶瓷存在，其中陶瓷體的內(nèi)部空腔，陶瓷體的裂紋和陶瓷體的氣孔被一種硅酸鹽玻璃填充。
在壓制直徑為20mm的試樣時(shí)所施加的平均極限荷載為2000N。與此相反，一個(gè)未經(jīng)填充的陶瓷體所承受的極限荷載只為1500N。
權(quán)利要求
1．高強(qiáng)開(kāi)孔泡沫陶瓷，其中用一種或多種金屬和/或陶瓷相和/或玻璃相完全或部分填充陶瓷體的內(nèi)部空腔，陶瓷體的裂紋和陶瓷體的氣孔。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的開(kāi)孔泡沫陶瓷，其中用一種或多種金屬相完全或基本上完全填充陶瓷體的內(nèi)部空腔，陶瓷體的裂紋和陶瓷體的氣孔。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的開(kāi)孔泡沫陶瓷，其中用一種或多種陶瓷相完全或基本上完全填充陶瓷體的內(nèi)部空腔，陶瓷體的裂紋和陶瓷體的氣孔。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的開(kāi)孔泡沫陶瓷，其中用一種或多種玻璃相完全或基本上完全填充陶瓷體的內(nèi)部空腔，陶瓷體的裂紋和陶瓷體的氣孔。
5．根據(jù)權(quán)利要求1的開(kāi)孔泡沫陶瓷，其中對(duì)于碳化硅泡沫陶瓷，采用硅或硅化合物，鉬或金屬硅化物，鋁-銥氧化物或鉀硅酸鹽或鍶-鉀-硅酸鹽或氟化物，對(duì)于氧化鋁泡沫陶瓷，采用銅-鈦合金或鐵-鈦合金或碳化鈦，對(duì)于氧化鋯泡沫陶瓷，采用莫來(lái)石完全或基本上完全填充陶瓷體的內(nèi)部空腔，陶瓷體的裂紋和陶瓷體的氣孔。
6．根據(jù)權(quán)利要求1的開(kāi)孔泡沫陶瓷，其中用硅和/或硅化合物完全或基本上完全填充碳化硅泡沫陶瓷陶瓷體的內(nèi)部空腔，陶瓷體的裂紋和陶瓷體的氣孔。
7．高強(qiáng)開(kāi)孔泡沫陶瓷的制備方法，用一種或多種金屬和/或陶瓷相和/或玻璃相完全或部分填充陶瓷體的內(nèi)部空腔，陶瓷體的裂紋和陶瓷體氣孔，其中包括切割開(kāi)孔聚合物泡沫，用由陶瓷顆粒和水或一種溶劑組成的懸浮液進(jìn)行涂覆，擠壓并干燥，然后燃燒掉聚合物泡沫或進(jìn)行熱解，接著燒結(jié)涂覆的泡沫，在燒結(jié)期間或燒結(jié)后，用一種熔融物或一種懸浮液完全或部分填充陶瓷體的空腔，陶瓷體的裂紋和陶瓷體的氣孔，其中熔融物和懸浮液由在泡沫陶瓷熔化溫度以下熔化的物質(zhì)組成，它們具有與泡沫陶瓷相似的膨脹系數(shù)，并具有極好的潤(rùn)濕性，而且不會(huì)或者部分與泡沫陶瓷組分進(jìn)行反應(yīng)，在用一種懸浮液填充陶瓷體的情況下，接著將用懸浮液填充的陶瓷體加熱到在懸浮液中含有的物質(zhì)，物質(zhì)混合物或其反應(yīng)產(chǎn)物的熔融溫度以上的溫度。
8．根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中用一種熔融物填充燒結(jié)泡沫陶瓷陶瓷體的空腔，陶瓷體的裂紋和陶瓷體的氣孔，所述的熔融物對(duì)于碳化硅泡沫陶瓷，由硅或硅化合物，鉬或金屬硅化物，鋁-銥氧化物或鉀硅酸鹽或鍶-鉀-硅酸鹽或氟化物組成，對(duì)于氧化鋁泡沫陶瓷，由銅-鈦合金或鐵-鈦合金或碳化鈦組成，對(duì)于氧化鋯泡沫陶瓷，由莫來(lái)石組成。
9．根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中用一種熔融物填充燒結(jié)泡沫陶瓷陶瓷體的空腔，陶瓷體的裂紋和陶瓷體的氣孔，所述熔融物對(duì)于碳化硅泡沫陶瓷，由硅或硅化合物與鋁、硼、鐵、銅或氧組成。
10．根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中用一種懸浮液填充燒結(jié)泡沫陶瓷陶瓷體的空腔，陶瓷體的裂紋和陶瓷體的氣孔，所述懸浮液除了含有水或一種溶劑外，對(duì)于碳化硅泡沫陶瓷，由硅或硅化合物、鉬或金屬硅化物、鋁-銥氧化物或鉀硅酸鹽或鍶-鉀-硅酸鹽或氟化物組成，對(duì)于氧化鋁泡沫陶瓷，由銅-鈦合金或鐵-鈦合金或碳化鈦組成，對(duì)于氧化鋯泡沫陶瓷，由莫來(lái)石組成。
11．根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中用一種懸浮液填充燒結(jié)泡沫陶瓷陶瓷體的空腔，陶瓷體的裂紋和陶瓷體的氣孔，所述懸浮液除了含有水或一種溶劑外，對(duì)于碳化硅泡沫陶瓷，含有由硅或硅化合物與鋁、硼、鐵、銅或氧組成的粉末。
12．根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中用一種懸浮液填充燒結(jié)泡沫陶瓷陶瓷體的空腔，陶瓷體的裂紋和陶瓷體的氣孔，所述懸浮液除了含有水或一種溶劑外，含有由玻璃熔塊組成的粉末。
13．根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中在使用玻璃熔塊時(shí)，熔塊由一種或多種硼硅酸鹽玻璃、硼鋁硅酸鹽和/或鋰鋁硅酸鹽玻璃組成。
14．根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中所使用的由熔融物組成或懸浮液中含有的物質(zhì)，在熔化狀態(tài)下具有的接觸角為0-50°。
15．根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中所使用的由熔融物組成或懸浮液中含有的物質(zhì)，在熔化狀態(tài)下部分與泡沫陶瓷的組分發(fā)生反應(yīng)，由此形成具有泡沫陶瓷的反應(yīng)化合物。
16．根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中通過(guò)熔融物滲透來(lái)填充陶瓷體的內(nèi)部空腔，陶瓷體的裂紋和陶瓷體的氣孔。
17．根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中熔融物的滲透通過(guò)毛細(xì)滲透、傾注滲透或糊狀滲透進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明涉及陶瓷領(lǐng)域,涉及可作袋式過(guò)濾器使用的高強(qiáng)開(kāi)孔泡沫陶瓷和它們的制備方法。本發(fā)明的目的是用一種簡(jiǎn)單和價(jià)廉物美的方法制備具有改進(jìn)強(qiáng)度的泡沫陶瓷。本發(fā)明的目的通過(guò)開(kāi)孔陶瓷泡沫解決,其中用一種或多種金屬和/或陶瓷相和/或玻璃相完全或部分填充陶瓷體的內(nèi)部空腔,陶瓷體的裂紋和陶瓷體的氣孔。此外,制備本發(fā)明的開(kāi)孔泡沫陶瓷,其中,在燒結(jié)期間或之后,用一種熔融物或一種懸浮液完全或部分填充陶瓷體的空腔,裂紋和氣孔,其中將熔融物和懸浮液熔化到泡沫陶瓷熔融溫度以下的溫度,它們具有與泡沫陶瓷相似的膨脹系數(shù),并具有極好的潤(rùn)濕性,而且不會(huì)或者部分與泡沫陶瓷組分進(jìn)行反應(yīng)。
文檔編號(hào)C04B41/88GK1220649SQ97195118
公開(kāi)日1999年6月23日 申請(qǐng)日期1997年5月30日 優(yōu)先權(quán)日1996年5月30日
發(fā)明者約格爾·阿德萊爾, 邁克爾·泰希格拉伯, 吉澤拉·施坦得克, 赫爾穆特·堯尼奇, ?？恕に雇懈? 萊因哈德·施托澤爾 申請(qǐng)人:弗勞恩農(nóng)場(chǎng)主協(xié)會(huì)應(yīng)用研究開(kāi)發(fā)E.V., 弗斯克國(guó)際有限公司