CN102093080B

CN102093080B - 一种氮化硼多孔陶瓷材料及其制备方法

Info

Publication number: CN102093080B
Application number: CN2011100090165A
Authority: CN
Inventors: 曹峰; 张长瑞; 王思青; 姜永刚; 李斌
Original assignee: National University of Defense Technology
Current assignee: National University of Defense Technology
Priority date: 2011-01-17
Filing date: 2011-01-17
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2031-01-17
Also published as: CN102093080A

Abstract

一种氮化硼多孔陶瓷材料及其制备方法，该氮化硼多孔陶瓷材料采用以下方法制成：（1）按照所需构件的形状及强度要求，设计并加工模具；（2）将硼氮六环或其聚合物注入装配好的模具中；（3）将注入有硼氮六环或其聚合物的模具置于高压釜中，密闭后用惰性气体加压至0.2-50MPa；（4）将温度调节至60～200℃保温40-60小时；（5）冷却后，取出脱模，然后置于高温炉中，在惰性气氛、氨气或真空中加热到1000－1400℃，保温2-4小时，降温出炉；（6）进行机械精加工到设计尺寸。

Description

一种氮化硼多孔陶瓷材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种多孔陶瓷材料及其制备方法，尤其是涉及一种氮化硼多孔陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

多孔陶瓷材料具有耐高温、抗腐蚀、大的比表面积与较高强度等特点，因此在高温过滤、高温除尘、高温催化、高温隔热等领域具有广泛的应用前景。

目前多孔陶瓷或泡沫陶瓷一般为氧化物陶瓷和碳化硅陶瓷等，尚未见到氮化硼多孔陶瓷或泡沫陶瓷。主要原因是，现有多孔陶瓷或泡沫陶瓷的制备，一般采用陶瓷粉末加入发泡剂等方法，在高温下发泡成型，然后再烧结成产品。而氮化硼不能融化，在3000℃左右升华，非常难以烧结。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氮化硼多孔陶瓷材料及其制备方法，该氮化硼多孔陶瓷材料孔隙率介于25%～85%之间，氮化硼含量大于98%，可以制备成块状或其他复杂形状，其强度随孔隙率及孔结构的变化而变化，弯曲强度一般为5～30MPa，具有耐高温、低介电、低损耗、高强度、高韧性、低导热、低膨胀等多种优点。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

本发明利用硼氮六环或其聚合物在加热时发生缩聚反应，生成氢气而发泡的特点来制备氮化硼多孔陶瓷材料或构件。具体地说，所述氮化硼多孔陶瓷材料(构件)由以下方法制成：

（1）按照所需构件的形状及强度要求，设计并加工由阴模和阳模构成的模具，所述模具材质可以是金属、陶瓷或耐腐蚀塑料；

（2）将硼氮六环或其聚合物注入装配好的模具中；

（3）将注入有硼氮六环或其聚合物的模具置于高压釜中，密闭后用惰性气体加压至0.2-50MPa，压力大小根据所需构件性能要求调节，压力越高，孔隙率越低，强度越高；

（4）将温度调节至60～200℃，温度高低根据需要调节，温度越高孔隙率越高，强度越低，保温时间40-60小时；

（5）冷却至室温后，取出脱模，然后置于高温炉中，在惰性气氛、氨气或真空中加热到1000－1400℃，保温2-4小时（优选3小时），降温出炉；

（6）进行机械精加工到设计尺寸。

如需要进一步提高材质密度，可将步骤（2）－（5）重复操作若干次。

氮化硼陶瓷除具有一般陶瓷的优点外，还具有耐高温突出（3000℃升华），绝缘性优良（介电常数为4.5），损耗小（tgδ<0.004），与一般熔融金属不润湿，抗中子辐照等特点。由于氮化硼多孔陶瓷的密度低，纯度高，其介电常数低至2.0，利用其耐高温、低介电、低损耗等特点，可以用于宇宙飞船或卫星的透波罩或透波窗材料；利用与一般熔融金属不润湿的特点，可以制备用于金属过滤的多孔过滤材料；利用其抗中子辐照的特点，可以制备特种环境下的透波材料或隔热材料等；利用其耐高温气体腐蚀与大的比表面积等特点，可以制备高温气体净化或汽车尾气处理的过滤器。

本发明方法制备之氮化硼多孔陶瓷材料具有纯度高的特点，其氮化硼含量高达98％，这是常规发泡烧结法难以达到的，因为常规发泡烧结法需要添加发泡剂和烧结助剂，大大降低了材料的纯度。高纯度的特点可以适应多种特殊用途，比如对贵重金属过滤可以避免污染，在用于高温透波方面可以有效提高透波率等。

本发明方法制备之氮化硼多孔陶瓷还具有高孔隙率特点，且可以根据需要在25%～85%范围内调节。这也是常规发泡烧结法难以实现的，因为常规发泡烧结法在制备高孔隙率时，往往因为烧结条件和发泡条件难以协调而出现塌陷和破裂等情况。

本发明方法还具有可以制备形状复杂及大尺寸氮化硼多孔陶瓷构件的特点。由于硼氮六环或其聚合物具有良好的流动性，完全可以充满复杂的模具空间，而经过加热发泡聚合后，以及在高温裂解过程中，具有不开裂不变形的特点，可以制备大尺寸及形状复杂构件。而常规发泡烧结法难以制备大尺寸或复杂形状构件。

附图说明

图1为本发明实施例1制备之氮化硼多孔陶瓷宏观形貌图；

图2为本发明实施例1制备之氮化硼多孔陶瓷微观形貌图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

本实施例制备尺寸为φ300×10mm，且孔隙率为70%左右的氮化硼多孔陶瓷材料，氮化硼含量大于98%。其制备工艺如下：

（1）采用普通钢材质加工成内尺寸为φ300×15mm的容器，内部铺垫含氟塑料薄膜，以便后续脱模；

（2）将硼氮六环（或其可流动的聚合物）注入步骤（1）制成的容器中，控制物料深度为8mm；

（3）将步骤（2）装有硼氮六环的模具置于高压釜中，密闭后用氮气加压至2MPa；

（4）将高压釜温度调节至100℃，保温40小时；

（5）将高压釜降至室温后，取出脱模，得到尺寸为φ300×11mm左右的多孔块体，然后至于高温炉中，在氮气气氛下加热到1300℃，保温3小时，降温出炉；

（6）采用机械精加工到设计尺寸。

经检测，本实施例制得之氮化硼多孔陶瓷，孔隙率为70%，氮化硼含量98.3%。在惰性气氛下可以耐2000℃高温，介电常数为1.5，损耗角正切为0.002。

实施例2：

本实施例制备尺寸为φ300×10mm，且孔隙率为40%左右的氮化硼多孔陶瓷材料，氮化硼含量大于98%。其制备工艺如下：

（1）采用普通钢材质加工成内尺寸为φ300×15mm的容器（即模具），内部铺垫含氟塑料薄膜，以便后续脱模；

（2）将硼氮六环（或其可流动的聚合物）注入步骤（1）制得的模具中，控制物料（即硼氮六环或其可流动的聚合物）深度为10mm；

（3）将装有硼氮六环（或其可流动的聚合物）的模具置于高压釜中，密闭后用氮气加压至25MPa；

（4）将高压釜温度调至70℃，保温50小时；

（5）将高压釜降至室温后，取出模具，脱模后得到尺寸为φ300×11mm左右的多孔块体，然后置于高温炉中，在氮气气氛下加热到1200℃，保温3小时，降温出炉；

（6）采用机械精加工到设计尺寸。

经检测，本实施例制得之氮化硼多孔陶瓷，孔隙率为40%，氮化硼含量98.1%。耐高温1900℃，介电常数为1.5，损耗角正切为0.001。

Claims

1. 一种氮化硼多孔陶瓷材料，其特征在于，采用以下方法制成：

（1）按照所需构件的形状及强度要求，设计并加工由阴模和阳模构成的模具，所述模具材质为金属、陶瓷或耐腐蚀塑料；

（2）将硼氮六环或其聚合物注入装配好的模具中；

（3）将注入有硼氮六环或其聚合物的模具置于高压釜中，密闭后用惰性气体加压至0.2-50MPa；

（4）将温度调节至60～200℃，保温时间40-60小时；

（5）冷却至室温后，取出脱模，然后置于高温炉中，在惰性气氛、氨气或真空中加热到1000－1400℃，保温2-4小时，降温出炉；

（6）进行机械精加工到设计尺寸。

2.如权利要求1所述的氮化硼多孔陶瓷材料，其特征在于，制备步骤（5），保温3小时。