CN102442833A - 一种新型泡沫陶瓷材料的制备工艺及应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种泡沫陶瓷材料，其中陶瓷材料按照如下重量分数的原料制成：碳化硅粉末90，去离子水20，二硼化锆12，聚碳硅烷10，金刚砂8，碳酸钙8，二硫化钼6，石墨5，白云石5，三聚磷酸钠3，聚乙二醇2，聚乙烯醇1，氯化铵1，戊酸1。本发明还公开了一种泡沫陶瓷材料的制备方法。通过本发明制备方法获得陶瓷材料抗压抗弯强度高，泡沫均匀，密度较小，并且制备工艺简单有效。

Description

一种新型泡沫陶瓷材料的制备工艺及应用

技术领域

本发明涉及一种泡沫陶瓷材料，特别涉及一种碳化硅泡沫陶瓷材料的制备方法及其应用。

背景技术

泡沫陶瓷材料的发展始于20世纪70年代，是一种具有高温特性的多孔材料。其孔径从纳米级到微米级不等，气孔率在20％～95％之间。自1978年美国发明了利用氧化铝、高岭土等陶瓷料浆成功研制出泡沫陶瓷，用于铝合金铸造过滤之后，英、日、德、瑞士等国家竞相开展了研究，生产工艺日益先进，技术装备越来越向机械化、自动化发展，已研制出多种材质，适合于不同用途的泡沫陶瓷过滤器如Al2O3、ZrO2、SiC、氮化硅、硼化物等高温泡沫陶瓷，有的还加入了一定的矿物，如莫来石、堇青石、粉煤灰、煤矸石等，产品已系列化、标准化，形成了一个新兴产业，其分类如表所示。近年来，多孔陶瓷的应用领域又扩展到航空领域、电子领域、医用材料领域及生物化学领域等。多孔陶瓷的广泛应用已引起了全球材料界的高度重视，因此，制备高强度、孔径均匀、性能稳定、高度有序的泡沫陶瓷体，拓宽和开发泡沫陶瓷在国内各行业中的应用，无疑是十分必要的。

现有技术中的泡沫陶瓷，起装饰作用的建筑陶砖由于比重较大，砖面采用上“釉”或“抛光”处理，使用时必须用水泥砂浆粘贴牢固，由专业人员施工操作，常用于外墙的装饰，若将建筑陶砖用于室内墙体装饰，则釉的单色调和抛光的玻璃光泽，使室内装饰效果显得华丽过度、典雅及变化不足，且比重较大的建筑陶砖增加了墙体承受，容易脱落不安全，施工也极为不便。近年来，市场上出现了一些轻质发泡陶瓷，由于其质轻，可有效减轻墙体的承重，也利于安全施工。

目前常用的制备方法包括发泡法和溶胶凝胶法等。发泡法采用发泡反应的方法，可以制备形状复杂的泡沫陶瓷制品，以满足一些特殊场合的应用；在陶瓷粉料中加入适当的陶瓷纤维，可改善这一工艺，有效增加坯体在烧结过程中的强度，避免粉化和塌陷。溶胶凝胶法主要用来制备孔径在纳米级的微孔陶瓷材料，本方法经改进后也可以制备高规整度泡沫陶瓷材料。运用溶胶凝胶技术制备泡沫材料，在溶胶向凝胶的转化过程中，体系的粘度迅速增加，从而稳定了前期产生的气泡，有利于发泡。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是，专利克服了现有技术中存在的不足之处，提供一种密度小，气孔率高，抗压抗弯强度大的泡沫陶瓷材料。

本发明需要解决的另一技术问题是，提供一种简单有效地制备泡沫陶瓷材料的工艺方法。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

一种泡沫陶瓷材料，其特征在于，所述泡沫陶瓷材料按照如下重量分数的原料制成：碳化硅粉末90，去离子水20，二硼化锆12，聚碳硅烷10，金刚砂8，碳酸钙8，二硫化钼6，石墨5，白云石5，三聚磷酸钠3，聚乙二醇2，聚乙烯醇1，氯化铵1，戊酸1。

所述泡沫陶瓷材料的制备方法，按照如下步骤进行：将上述原料按照比例加入搅拌釜中充分搅拌，使混合均匀，放置50℃恒温箱中保温20分钟，然后在振动球磨机上球磨10小时后，再次充分搅拌混合均匀，于140℃的温度下烘干得粉料，烘干后含水率为3％，将粉料在油压机上压制成型，压制压强200MPa，然后在氧气流中150℃下氧化5小时，在氩气保护气氛中1400℃下烧结10小时，然后于1500℃保温5小时后，制备得到碳化硅泡沫陶瓷材料。

所述碳化硅粉末优选按照如下步骤制备而成：选取粒径为3mm的碳化硅段砂，然后除铁、除碳，进行碱洗，晾晒并烘干，然后进行气流磨粉碎，然后用不同目径的粉筛网进行筛分，获得粒径在15--16um和29--30um两种碳化硅微粉，最后将两种碳化硅微粉按照1∶1的比例混合即得，其中三氧化二铁的含量控制在0.05％以内，碳的含量控制在0.05％以内。

本发明制备工艺简单有效，通过简单的操作步骤，即可获得理想的泡沫陶瓷材料，节省了中间繁琐的流程步骤，更为环保简易。

本发明进一步降低了泡沫陶瓷材料的生产成本，所得碳化硅泡沫陶瓷的气孔均匀，密度较小且硬度较高；本发明适合制备不同尺寸、复杂形状的泡沫陶瓷材料。

本发明中碳化硅粉末优选采用本发明独特工艺制备而成，使得不同粒径的粉末，有助于气泡的均匀以及降低产品密度等特性。

具体实施方式

实施例1

一种泡沫陶瓷材料，按照如下重量分数的原料制成：碳化硅粉末90，去离子水20，二硼化锆12，聚碳硅烷10，金刚砂8，碳酸钙8，二硫化钼6，石墨5，白云石5，三聚磷酸钠3，聚乙二醇2，聚乙烯醇1，氯化铵1，戊酸1。

上述泡沫陶瓷材料的制备方法，按照如下步骤进行：将上述原料按照比例加入搅拌釜中充分搅拌，使混合均匀，放置50℃恒温箱中保温20分钟，然后在振动球磨机上球磨10小时后，再次充分搅拌混合均匀，于140℃的温度下烘干得粉料，烘干后含水率为3％，将粉料在油压机上压制成型，压制压强200MPa，然后在氧气流中150℃下氧化5小时，在氩气保护气氛中1400℃下烧结10小时，然后于1500℃保温5小时后，制备得到碳化硅泡沫陶瓷材料。

实施例2

一种泡沫陶瓷材料，其特征在于，所述泡沫陶瓷材料按照如下重量分数的原料制成：碳化硅粉末90，去离子水20，二硼化锆12，聚碳硅烷10，金刚砂8，碳酸钙8，二硫化钼6，石墨5，白云石5，三聚磷酸钠3，聚乙二醇2，聚乙烯醇1，氯化铵1，戊酸1。

所述泡沫陶瓷材料的制备方法，按照如下步骤进行：将上述原料按照比例加入搅拌釜中充分搅拌，使混合均匀，放置50℃恒温箱中保温20分钟，然后在振动球磨机上球磨10小时后，再次充分搅拌混合均匀，于140℃的温度下烘干得粉料，烘干后含水率为3％，将粉料在油压机上压制成型，压制压强200MPa，然后在氧气流中150℃下氧化5小时，在氩气保护气氛中1400℃下烧结10小时，然后于1500℃保温5小时后，制备得到碳化硅泡沫陶瓷材料。

所述碳化硅粉术按照如下步骤制备而成：选取粒径为3mm的碳化硅段砂，然后除铁、除碳，进行碱洗，晾晒并烘干，然后进行气流磨粉碎，然后用不同目径的粉筛网进行筛分，粒径在15--16um和29--30um两种碳化硅微粉，最后将两种碳化硅微粉按照1∶1的比例混合即得，其中三氧化二铁的含量控制在0.05％以内，碳的含量控制在0.05％以内。

利用上述方法制备获得的碳化硅泡沫陶瓷性能参数如下：密度为0.87-1.01g/cm³，晶粒尺寸0.3-10μm，气孔率为80％以上，泡沫均匀度较高，摩擦系数为0.01-0.02，抗压强度＞2800Mpa，抗弯强度＞500Mpa，努氏硬度3200Kg/mm²。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种泡沫陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述泡沫陶瓷材料按照如下重量分数的原料制成：碳化硅粉末90，去离子水20，二硼化锆12，聚碳硅烷10，金刚砂8，碳酸钙8，二硫化钼6，石墨5，白云石5，三聚磷酸钠3，聚乙二醇2，聚乙烯醇1，氯化铵1，戊酸1。

所述泡沫陶瓷材料的制备方法，按照如下步骤进行：将上述原料按照比例加入搅拌釜中充分搅拌，使混合均匀，放置50℃恒温箱中保温20分钟，然后在振动球磨机上球磨10小时后，再次充分搅拌混合均匀，于140℃的温度下烘干得粉料，烘干后含水率为3％，将粉料在油压机上压制成型，压制压强200MPa，然后在氧气流中150℃下氧化5小时，在氩气保护气氛中1400℃下烧结10小时，然后于1500℃保温5小时后，制备得到泡沫陶瓷材料。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳化硅粉末优选按照如下步骤制备而成：选取粒径为3mm的碳化硅段砂，除铁、除碳，进行碱洗，晾晒并烘干，然后进行气流磨粉碎，然后用不同目径的粉筛网进行筛分，获得粒径在15--16um和29--30um两种碳化硅微粉，最后将两种碳化硅微粉按照1∶1的比例混合即得，其中三氧化二铁的含量控制在0.05％以内，碳的含量控制在0.05％以内。

3.权利要求1或2所述的制备方法在生产陶瓷材料中的应用。