本發(fā)明屬于功能陶瓷技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氮化硅質(zhì)泡沫陶瓷及其制備方法。
背景技術(shù)：
氮化硅陶瓷具有耐高溫、耐腐蝕、抗熱震、抗氧化、耐磨損等良好的高低溫綜合性能，廣泛應(yīng)用在航天航空、汽車發(fā)動機(jī)、機(jī)械、化工、石油等領(lǐng)域。利用其優(yōu)良的高溫性能、高的熱導(dǎo)率、良好的抗熱震性能和化學(xué)穩(wěn)定性，以及不被鋁、鉛、錫、銀、黃銅、鎳等很多種熔融金屬或合金所浸潤或腐蝕的特性，可用于上述金屬的冶煉及熔融金屬的過濾。
泡沫陶瓷材料始于20世紀(jì)70年代，是一種具有高溫特性的多孔材料，我國在20世紀(jì)80年代初開展泡沫陶瓷研究工作，近20年來，先后有十幾家科研機(jī)構(gòu)和廠家報道了泡沫陶瓷制備的研究。泡沫陶瓷由于具有氣孔率高、比表面積大、抗熱震、耐高溫、耐化學(xué)腐蝕及良好的機(jī)械強(qiáng)度和過濾吸附性能，廣泛應(yīng)用于熱交換材料、布?xì)獠牧?，汽車尾氣裝置，凈化冶金工業(yè)過濾熔融態(tài)金屬，熱能回收，輕工噴涂行業(yè)，工業(yè)污水處理，隔熱隔音材料，用作化學(xué)催化劑載體，電解隔膜及分類分散元件等。因此，制備高強(qiáng)度、孔徑均勻、性能穩(wěn)定的泡沫陶瓷體，拓寬和開發(fā)泡沫陶瓷在國內(nèi)外多個行業(yè)中的應(yīng)用十分必要。
泡沫陶瓷采用聚氨酯泡沫塑料為載體，將其浸入由陶瓷粉末、粘結(jié)劑、助燒結(jié)劑、懸浮劑等制成的料漿中，然后擠掉多余料漿，使陶瓷漿料均勻涂覆于載體骨架成為坯體，再將坯體干燥并經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成。泡沫陶瓷具有與泡沫塑料相似的孔隙結(jié)構(gòu)，通孔率達(dá)85～90％。國內(nèi)外已根據(jù)不同合金的特點(diǎn)，發(fā)展了多種不同材質(zhì)的泡沫陶瓷，如美國專利3893917、3962081、4024056、4075303，中國國家專利87101800.4、92102883.0、200710139286.1、200710139289.5等，這些泡沫陶瓷由氧化鋁、氧化硅、氧化鋯、氮化硅等材料制成，可用于過濾一般的鋁合金、銅合金、鑄鋼、鑄鐵等。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明提出一種氮化硅質(zhì)泡沫陶瓷，該陶瓷能承受大流量多種熔融金屬及合金沖刷和急熱沖擊，熱化學(xué)穩(wěn)定性好，孔隙率＞75％，且陶瓷筋強(qiáng)度高。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：
一種氮化硅質(zhì)泡沫陶瓷，包括以下原料：
陶瓷粉末30～60wt％，結(jié)合劑1～3wt％，分散劑0.5～1.5wt％，余量為水；將原料制成漿料以軟質(zhì)有機(jī)泡沫塑料為載體，經(jīng)浸漬料漿、擠壓制成坯體后燒結(jié)制成即可；其中，陶瓷粉末由氮化硅70～80wt％、高嶺土10～20wt％、粉煤灰5～10wt％、氧化鎂1～5wt％與黃砂1～5wt％組成。
進(jìn)一步，所述結(jié)合劑選自羧甲基纖維素、甲基纖維素或聚乙烯醇。
進(jìn)一步，所述分散劑為聚甲基丙烯酸類分散劑或者檸檬酸三銨。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種氮化硅質(zhì)泡沫陶瓷的制備方法，包括以下步驟：
1)漿料制備：向陶瓷粉末中加入結(jié)合劑、分散劑與水?dāng)嚢杌旌暇鶆?，制成漿料；
2)以軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料為載體，浸漬上述漿料，并擠壓制成坯料；
3)坯料放入干燥箱內(nèi)，在100℃～120℃干燥硬化；
4)干燥后的坯料裝入燒結(jié)爐，在氦氣氣氛下，升溫至1200℃～1650℃燒結(jié)即可。
進(jìn)一步，軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料是在50～60℃溫度的pH值為8.5～10的堿溶液中浸泡20～30min，用蒸餾水漂洗去除堿溶液后自然干燥制得。具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、有彈性且能恢復(fù)原來形狀的可燃性有機(jī)泡沫塑料，由很多互聯(lián)空隙組成泡沫結(jié)構(gòu)，并能在較低溫度下以氧化等方式轉(zhuǎn)化成氣態(tài)排出。
進(jìn)一步，軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的孔徑為40～10PPI。
本發(fā)明有益效果：
1、本發(fā)明選用氧化鎂、高嶺土以及粉煤灰作為助劑代替?zhèn)鹘y(tǒng)的氧化鋁作為助劑，既能保持氧化鎂自身的高溫穩(wěn)定性，又能夠改善氧化鎂的燒結(jié)性能。高嶺土、粉煤灰以及黃砂增強(qiáng)相形成彌散強(qiáng)化，促進(jìn)陶瓷內(nèi)部形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，大大提高了陶瓷筋的強(qiáng)度。
2、本發(fā)明氮化硅質(zhì)泡沫陶瓷，配料科學(xué)合理，采用的軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料孔徑適宜，制得的氮化硅泡沫陶瓷成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，孔洞互聯(lián)，孔隙率可達(dá)75～96％，抗壓強(qiáng)度達(dá)到7MPa，并且熱化學(xué)穩(wěn)定性好。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
陶瓷粉末由氮化硅70wt％、高嶺土10wt％、粉煤灰10wt％、氧化鎂5wt％與黃砂5wt％組成。
原料配比為：陶瓷粉末60wt％，羧甲基纖維素3wt％，聚甲基丙烯酸類分散劑1.5wt％，余量為水。
選用40PPI的軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料，在50℃溫度的pH值為8.5的堿溶液中浸泡30min，用蒸餾水漂洗去除堿溶液后自然干燥制得。
制備方法：
1)漿料制備：向陶瓷粉末中加入羧甲基纖維素、聚甲基丙烯酸類分散劑與水?dāng)嚢杌旌暇鶆颍瞥蓾{料；
2)以軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料為載體，浸漬上述漿料，并擠壓制成坯料；
3)坯料放入干燥箱內(nèi)，在100℃干燥硬化，然后在氧化氣氛下從室溫以40℃/h的速率升溫500℃排塑，使泡沫塑料完全揮發(fā)，然后以150℃/h的升溫速度升溫至800℃下保溫1h，使素坯具有一定強(qiáng)度；
4)然后將素坯，轉(zhuǎn)移到氣氛壓力燒結(jié)爐內(nèi)，升溫至1600℃保溫2h，自然冷去至室溫，即可獲得氮化硅質(zhì)泡沫陶瓷。
實(shí)施例2
陶瓷粉末由氮化硅75wt％、高嶺土15wt％、粉煤灰5wt％、氧化鎂2wt％與黃砂3wt％組成。
原料配比為：陶瓷粉末50wt％，甲基纖維素2wt％，聚甲基丙烯酸類分散劑1wt％，余量為水。
選用30PPI的軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料，在55℃溫度的pH值為9的堿溶液中浸泡25min，用蒸餾水漂洗去除堿溶液后自然干燥制得。
制備方法：
1)漿料制備：向陶瓷粉末中加入甲基纖維素、聚甲基丙烯酸類分散劑與水?dāng)嚢杌旌暇鶆?，制成漿料；
2)以軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料為載體，浸漬上述漿料，并擠壓制成坯料；
3)坯料放入干燥箱內(nèi)，在110℃干燥硬化，然后在氧化氣氛下從室溫以50℃/h的速率升溫500℃排塑，使泡沫塑料完全揮發(fā)，然后以150℃/h的升溫速度升溫至800℃下保溫1h，使素坯具有一定強(qiáng)度；
4)然后將素坯，轉(zhuǎn)移到氣氛壓力燒結(jié)爐內(nèi)，升溫至1500℃保溫4h，自然冷去至室溫，即可獲得氮化硅質(zhì)泡沫陶瓷。
實(shí)施例3
陶瓷粉末由氮化硅80wt％、高嶺土10wt％、粉煤灰5wt％、氧化鎂1wt％與黃砂4wt％組成。
原料配比為：陶瓷粉末40wt％，甲基纖維素1wt％，聚甲基丙烯酸類分散劑1wt％，余量為水。
選用20PPI的軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料，在60℃溫度的pH值為10的堿溶液中浸泡20min，用蒸餾水漂洗去除堿溶液后自然干燥制得。
制備方法：
1)漿料制備：向陶瓷粉末中加入甲基纖維素、聚甲基丙烯酸類分散劑與水?dāng)嚢杌旌暇鶆?，制成漿料；
2)以軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料為載體，浸漬上述漿料，并擠壓制成坯料；
3)坯料放入干燥箱內(nèi)，在120℃干燥硬化，然后在氧化氣氛下從室溫以50℃/h的速率升溫500℃排塑，使泡沫塑料完全揮發(fā)，然后以150℃/h的升溫速度升溫至800℃下保溫1h，使素坯具有一定強(qiáng)度；
4)然后將素坯，轉(zhuǎn)移到氣氛壓力燒結(jié)爐內(nèi)，升溫至1300℃保溫5h，自然冷去至室溫，即可獲得氮化硅質(zhì)泡沫陶瓷。
實(shí)施例4
陶瓷粉末由氮化硅70wt％、高嶺土15wt％、粉煤灰10wt％、氧化鎂4wt％與黃砂1wt％組成。
原料配比為：陶瓷粉末40wt％，聚乙烯醇1wt％，聚甲基丙烯酸類分散劑0.5wt％，余量為水。
選用10PPI的軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料，在60℃溫度的pH值為10的堿溶液中浸泡20min，用蒸餾水漂洗去除堿溶液后自然干燥制得。
制備方法：
1)漿料制備：向陶瓷粉末中加入聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸類分散劑與水?dāng)嚢杌旌暇鶆?，制成漿料；
2)以軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料為載體，浸漬上述漿料，并擠壓制成坯料；
3)坯料放入干燥箱內(nèi)，在120℃干燥硬化，然后在氧化氣氛下從室溫以20℃/h的速率升溫600℃排塑，使泡沫塑料完全揮發(fā)，然后以200℃/h的升溫速度升溫至900℃下保溫1h，使素坯具有一定強(qiáng)度；
4)然后將素坯，轉(zhuǎn)移到氣氛壓力燒結(jié)爐內(nèi)，升溫至1200℃保溫6h，自然冷去至室溫，即可獲得氮化硅質(zhì)泡沫陶瓷。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。