CN104926355A - 基于明胶溶液冷冻干燥技术制备定向多孔氮化硅陶瓷的方法 - Google Patents

基于明胶溶液冷冻干燥技术制备定向多孔氮化硅陶瓷的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于明胶溶液冷冻干燥技术制备定向多孔氮化硅陶瓷的方法，将掺有烧结助剂的氮化硅粉料与一定浓度的明胶溶液混合形成均一体系，随后真空除泡并在1～20℃下冷却促使其凝胶化得到胶体；随后将胶体在-90～-10℃下冷冻并低温真空干燥得到生坯，生坯经排胶后在氮气气氛下烧结最终获得定向多孔氮化硅陶瓷。本发明的一种基于明胶溶液冷冻干燥技术制备定向多孔氮化硅陶瓷的方法，结合了凝胶注模成型坯体强度高和冷冻干燥法孔隙分布均匀、定向程度优异、孔洞连通性良好的特点，首次利用储水能力优异的明胶配置成明胶溶液与氮化硅粉料混合制备出定向多孔氮化硅陶瓷。

Description

基于明胶溶液冷冻干燥技术制备定向多孔氮化硅陶瓷的方法
技术领域
本发明涉及一维定向多孔氮化硅陶瓷的制备，具体涉及一种基于明胶溶液冷冻干燥技术制备定向多孔氮化硅陶瓷的方法。
背景技术
定向多孔陶瓷因具有良好的流体渗透性及力学性能，作为陶瓷过滤器越来越引起人们的广泛重视。具有高强度纤维状晶粒和优异断裂韧性的多孔氮化硅陶瓷是一种新型的、最具有前景的过滤材料。常见制备定向多孔陶瓷的方法有阳极氧化法、模板复型法、添加造孔剂法、冷冻干燥法，纤维缠绕法等。基于蒸馏水冷冻干燥制备定向陶瓷有定向程度优，工艺较为简便、制备试样孔洞连通性优异而受到关注。但传统基于蒸馏水实验方法当固相含量较低(＜＜20vol.％)而导致了生坯崩塌、制备失败。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于明胶溶液冷冻干燥技术制备定向多孔氮化硅陶瓷的方法，结合了凝胶注模成型坯体强度高和冷冻干燥法孔隙分布均匀、定向程度优异、孔洞连通性良好的特点，首次利用储水能力优异的明胶配置成明胶溶液与氮化硅粉料混合制备出定向多孔氮化硅陶瓷。
技术方案：为实现上述目的，本发明的一种基于明胶溶液冷冻干燥技术制备定向多孔氮化硅陶瓷的方法，包括以下步骤：
(1)首先将90～95％质量比的氮化硅粉料与剩余质量比的烧结助剂球磨混合；
(2)将蒸馏水与明胶配制成明胶溶液与掺有烧结助剂的氮化硅粉料混合形成均一体系，均一体系置于真空箱中真空除泡；
(3)将真空除泡后的均一体系置于1～20℃中1～24h凝胶化成为胶体；
(4)将胶体置于-90～-2℃的冷阱中冷冻0.5～5h，随后将其置于真空干燥机中干燥10～48h；
(5)将真空干燥后的坯体置于马沸炉中升温至400～800℃后保温1～3h，然后排胶；
(6)最后将排胶后的试样放入多功能气氛炉中，在氮气压力0.2～0.7MPa下以5～15℃/min的升温速度逐渐升温到1750～1800℃保温1～2h，即获得定向多孔氮化硅陶瓷。
作为优选，所述步骤(1)中的烧结助剂为具有促进β晶粒发育生长作用的Y2O3、Eu2O3、Lu2O3、Yb2O3、Sm2O3、Ce2O3中的一种或多种和具有促进坯体致密化作用的Al2O3、MgO、CaO、SiO2、BaO、SrO的一种或多种的混合物。
作为优选，所述步骤(2)中明胶溶液需在55～95℃的温度下配制，且明胶溶液浓度需大于2wt.％。
作为优选，所述步骤(2)中均一体系中固相含量为1vol.％～65vol.％。
有益效果：本发明的一种基于明胶溶液冷冻干燥技术制备定向多孔氮化硅陶瓷的方法，结合了凝胶注模成型坯体强度高和冷冻干燥法孔隙分布均匀、定向程度优异、孔洞连通性良好的特点，首次利用储水能力优异的明胶配置成明胶溶液与氮化硅粉料混合制备出定向多孔氮化硅陶瓷；具有制备试样气孔率高、强度优异、成本低廉、工艺简单、易于控制等特点，可以应用于高温烟气除尘设备中，用以净化空气、高温热绝缘材料、锂电阳极材料等为国家或地区经济续发展提供技术帮助。
附图说明
图1为实施例3烧结试样的XRD图。
图2为实施例3烧结试样的横截面SEM图。
图3为实施例3烧结试样的纵截面SEM图。
图4为实施例3烧结试样的高倍下SEM图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
1)一维定向多孔氮化硅陶瓷，其组成如表1所示，在表1所示的实施例1～10中，将氮化硅、氧化钇及氧化铝按照表1的配比混合装入球磨罐，以无水乙醇为球磨介质，用玛瑙磨球在行星式球磨机上球磨5h，之后取出置于80℃干燥箱内烘干，烘干后的混合料过14目筛后形成粉料；
2)按表1的比例，将明胶配制成明胶溶液后与粉料均匀混合为均一体系，置于真空箱中真空除泡；
3)将除泡后的均一体系置于7℃的冷藏箱中冷藏2h促使体系凝胶化，得到胶体；
4)将胶体置于-10℃的冷阱中冷冻2h后低温真空干燥24h形成坯体；
5)将坯体缓慢升温至550℃～800℃保温2～3h，直至坯体中的各种明胶完全离开坯体；
6)将排胶后的坯体放入多功能气氛炉中进行烧结，烧结过程中氮气压力控制在0.225MPa，以10～15℃/min的升温速度逐渐升温到1750℃保温2h，获得定向多孔氮化硅陶瓷。
7)利用阿基米德排水法测定了试样的开气孔率；三点弯曲法测定了试样的弯曲强度；X射线衍射仪(XRD)分析物相；扫描电镜(SEM)观察试样的显微结构。表1为本发明实施例1—10的原料配比(含量)，表2为本发明定向多孔氮化硅陶瓷的测试性能。实施例3烧结试样的XRD图如图1所示，SEM横截面如图2所示，纵截面(低倍)如图3所示，高倍如图4所示。
表1本发明实施例1—10的原料配比
表2本发明定向多孔氮化硅陶瓷的测试性能
实例 气孔率/％ 密度/g·cm-3 弯曲强度/MPa
实施例1 98.01 1.00 5.98
实施例2 95.99 1.03 10.34
实施例3 94.04 1.09 13.34
实施例4 88.56 1.13 17.28
实施例5 83.63 1.19 21.45
实施例6 79.17 1.26 27.22
实施例7 69.91 1.35 35.15
实施例8 58.32 1.53 41.24
实施例9 48.77 1.69 45.25
实施例10 37.67 1.93 51.89
表2可以看出：添加Y2O3、Lu2O3、Eu2O3、以及CaO、MgO等烧结助剂，3～50％明胶溶液在-70～-10℃下制备生坯经1750℃煅烧2h制备出具有37.67～98.01％气孔率、强度5.98～51.89MPa的多孔材料。
从图1可以看出：主晶相为β-Si3N4，并无α-Si3N4的衍射峰，这表明α-Si3N4已经全部转变成β-Si3N4，相变已经完成。除此之外，还有少量的晶界晶体相AlN2O7Si2Y3，这主要是由烧结助剂Al2O3、Y2O3和与氮化硅表面存在的SiO2氧化层形成的晶界玻璃相降温过程中析晶而成。
图2可以看出：纵剖面出现碳纤维烧结后的所成的圆孔，且圆孔均匀分散在基体试样中，直径大约15μm，与短切碳纤维的直径基本一致(考虑试样烧结前后的收缩率)。
从图2～3可以看出：横截面存在大量均匀分布的圆形孔洞，纵截面为定向长孔。说明坯体中存在大量平行于冷冻方向的定向孔洞。
从图4可以看出：微观组织中含有较多的β-Si3N4晶粒，生成的β-Si3N4晶粒都具有很高的长径比及均匀的组织，长径比9～12，因此，试样力学性能优异。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于明胶溶液冷冻干燥技术制备定向多孔氮化硅陶瓷的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)首先将90～95％质量比的氮化硅粉料与剩余质量比的烧结助剂球磨混合；
(2)将蒸馏水与明胶配制成明胶溶液与掺有烧结助剂的氮化硅粉料混合形成均一体系，均一体系置于真空箱中真空除泡；
(3)将真空除泡后的均一体系置于1～20℃中1～24h，凝胶化成为胶体；
(4)将胶体置于-90～-2℃的冷阱中冷冻0.5～5h，随后将其置于真空干燥机中干燥10～48h后形成坯体；
(5)将坯体置于马沸炉中升温至400～800℃后保温1～3h，然后排胶；
(6)最后将排胶后的试样放入多功能气氛炉中，在氮气压力0.2～0.7MPa下以5～15℃/min的升温速度逐渐升温到1750～1800℃保温1～2h，即获得定向多孔氮化硅陶瓷。
2.根据权利要求1所述的基于明胶溶液冷冻干燥技术制备定向多孔氮化硅陶瓷的方法，其特征在于：所述步骤(1)中的烧结助剂为具有促进β晶粒发育生长作用的Y2O3、Eu2O3、Lu2O3、Yb2O3、Sm2O3、Ce2O3中的一种或多种和具有促进坯体致密化作用的Al2O3、MgO、CaO、SiO2、BaO、SrO的一种或多种的混合物。
3.根据权利要求1所述的基于明胶溶液冷冻干燥技术制备定向多孔氮化硅陶瓷的方法，其特征在于：所述步骤(2)中明胶溶液需在55～95℃的温度下配制，且明胶溶液浓度需大于2wt.％。
4.根据权利要求1所述的基于明胶溶液冷冻干燥技术制备定向多孔氮化硅陶瓷的方法，其特征在于：所述步骤(2)中均一体系中固相含量为1vol.％～65vol.％。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108863394A (zh) * 2017-05-10 2018-11-23 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种凝胶浇注结合冷冻干燥制备多孔陶瓷的方法
CN109467441A (zh) * 2017-09-08 2019-03-15 苏州玄陶商务咨询有限公司 生物医用氮化硅组合物及氮化硅陶瓷的制备方法
CN109694258A (zh) * 2017-10-23 2019-04-30 中国科学院金属研究所 一种YSZ纤维增强型γ-Y2Si2O7多孔隔热陶瓷的制备方法
CN110105082A (zh) * 2019-05-09 2019-08-09 西安航空学院 一种纤维增韧多孔氮化硅陶瓷的制备方法
CN111410540A (zh) * 2020-03-05 2020-07-14 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种定向孔结构多孔氮化硅陶瓷的制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101508592A (zh) * 2009-03-20 2009-08-19 哈尔滨工业大学 多孔Si3N4陶瓷的制备方法
CN102320856A (zh) * 2011-08-24 2012-01-18 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种制备多孔氮化硅陶瓷材料的方法
CN102808100A (zh) * 2012-08-29 2012-12-05 哈尔滨工业大学 定向孔陶瓷增强金属基复合材料的制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101508592A (zh) * 2009-03-20 2009-08-19 哈尔滨工业大学 多孔Si3N4陶瓷的制备方法
CN102320856A (zh) * 2011-08-24 2012-01-18 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种制备多孔氮化硅陶瓷材料的方法
CN102808100A (zh) * 2012-08-29 2012-12-05 哈尔滨工业大学 定向孔陶瓷增强金属基复合材料的制备方法

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108863394A (zh) * 2017-05-10 2018-11-23 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种凝胶浇注结合冷冻干燥制备多孔陶瓷的方法
CN108863394B (zh) * 2017-05-10 2020-11-10 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种凝胶浇注结合冷冻干燥制备多孔陶瓷的方法
CN109467441A (zh) * 2017-09-08 2019-03-15 苏州玄陶商务咨询有限公司 生物医用氮化硅组合物及氮化硅陶瓷的制备方法
CN109694258A (zh) * 2017-10-23 2019-04-30 中国科学院金属研究所 一种YSZ纤维增强型γ-Y2Si2O7多孔隔热陶瓷的制备方法
CN109694258B (zh) * 2017-10-23 2021-07-23 中国科学院金属研究所 一种YSZ纤维增强型γ-Y2Si2O7多孔隔热陶瓷的制备方法
CN110105082A (zh) * 2019-05-09 2019-08-09 西安航空学院 一种纤维增韧多孔氮化硅陶瓷的制备方法
CN110105082B (zh) * 2019-05-09 2021-06-01 西安航空学院 一种纤维增韧多孔氮化硅陶瓷的制备方法
CN111410540A (zh) * 2020-03-05 2020-07-14 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种定向孔结构多孔氮化硅陶瓷的制备方法

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