CN107663101A - 一种抗氧化SiC泡沫及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种抗氧化SiC泡沫及其制备方法，采用混合料浆浸渍有机泡沫，将硅锆合金引入到有机泡沫内部，再经裂解、熔融反应，使泡沫内均质分布的硅锆合金与碳反应，原位生成SiC和ZrC。本发明从泡沫本体出发，在本体内部引入碳先驱体的同时引入难熔金属Zr，形成ZrC‑SiC复合泡沫，使其在高温有氧环境下，表面形成ZrO2、SiO2复合保护膜，在两种氧化物的协同作用下，提高整体SiC泡沫的抗氧化性能；本发明确定了硅锆合金粉末中硅、锆优选比例范围，充分发挥了两种氧化物的协同作用，提高了泡沫材料抗氧化能力和耐热性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种抗氧化SiC泡沫及其制备方法，属于泡沫陶瓷技术领域。
背景技术
SiC泡沫陶瓷由于具有耐高温、耐腐蚀、低热导率及低热膨胀系数等优点，收到越来越多的关注，广泛应用于熔融金属过滤、热隔离设备、多孔介质燃烧器、催化剂载体、汽车尾气净化和热交换器等领域。
主要制备方法包括：粉末烧结法、反应烧结法、先驱体裂解法以及气相沉积法等，所制备出SiC泡沫陶瓷多为纯SiC泡沫。当高温、氧化环境条件下使用时，SiC泡沫表面会氧化形成SiO2保护膜，用于阻止内部的进一步氧化。但是，SiO2保护膜在SiC泡沫表面附着力偏低，会在长时间的使用过程中，随着流体逐渐剥离，导致内部的SiC泡沫进一步氧化，引起SiC泡沫的损耗，缩短SiC泡沫的使用寿命。
专利CN 101555161A通过预氧化的方法在泡沫表面直接形成一层致密的SiO2保护膜，提高了SiO2保护膜的致密程度，从而提高了SiC泡沫的抗氧化能力。专利CN 101555164A则是在SiC泡沫溅射一层金属Al，然后通过预氧化，在泡沫表面形成一层致密的抗氧化层，以提高SiC泡沫的抗氧化能力。以上专利均是在SiC泡沫表面形成一层致密的抗氧化层以阻止氧的进一步扩散，提高SiC泡沫的抗氧化能力。但并没有考虑，当抗氧化层损耗以后，SiC泡沫本体暴露在高温、氧化环境中，泡沫的抗氧化能力大为下降。专利CN104261871提供了一种ZrC泡沫，该泡沫采用熔渗工艺制备，主要成分为ZrC，在高温有氧环境下会氧化生成ZrO2，由于ZrO2的覆膜性较差，泡沫表面氧化膜上会存在大量缝隙，导致泡沫本体的进一步氧化。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种有效增加泡沫中抗氧化组元ZrC的含量，使泡沫中多种抗氧化组元产生协同抗氧化作用，提升泡沫的抗氧化能力以及使用温度的抗氧化SiC泡沫及其制备方法。
本发明的技术解决方案：一种抗氧化SiC泡沫，采用混合料浆浸渍有机泡沫，将硅锆合金引入到有机泡沫内部，再经裂解、熔融反应，使泡沫内均质分布的硅锆合金与碳反应，原位生成SiC和ZrC；
所述的混合料浆包括碳先驱体、聚乙二醇、硅锆合金粉末和适量溶剂，所述的碳先驱体与聚乙二醇的质量比为20～40：1，所述的碳先驱体与硅锆合金粉末的质量比为5～10：1，硅锆合金粉末采用市售产品，其粒径为100nm-1μm，硅锆合金粉末中硅的质量分数为5～30％，锆的质量分数为70-95％。
一种抗氧化SiC泡沫制备方法，通过以下步骤实现。
第一步，混合料浆配制，
A1.1、将碳先驱体、聚乙二醇溶解在溶剂中，得到混合溶液，碳先驱体与聚乙二醇的质量比为20～40：1；
本发明对碳先驱体树脂种类没有特殊限定，只要是可以通过裂解工艺控制产生具有多孔结构碳基体的树脂即可，如常用的呋喃树脂或酚醛树脂等。
本发明采用聚乙二醇作为分散剂，使硅锆合金粉在料浆中均匀分散，聚乙二醇添加量太少，则使硅锆合金粉分散不够均匀，容易导致最终反应不够彻底，添加量过多，则使碳先驱体在固化过程中难以交联固化；碳先驱体与聚乙二醇的质量比为20～40：1时，对硅锆合金粉在料浆中的分散效果最佳，比例在上述范围内变化时，对最终制品的性能没有明显影响。
本发明采用的溶剂，起到将碳先驱体和聚乙二醇溶解混合均匀的作用，通过溶剂含量调节料浆粘度，保证在后续浸渍中，料浆能充分浸渍到泡沫中，使最终制品中的ZrC以及SiC含量高且分布均匀。因此，本发明对溶剂的含量和种类不做限制，只要能达到溶解碳先驱体和聚乙二醇目的即可，如采用常用的无水乙醇作为溶剂。
A1.2、在步骤A1.1的混合溶液中加入硅锆合金粉，球磨混合均匀后得到混合料浆，所述的碳先驱体与硅锆合金粉的质量比为5～10：1；
本发明采用球磨方式在碳先驱体/聚乙二醇混合溶液中添加硅锆合金粉，球磨不少于12小时，使混合料浆中硅锆合金粉分散较为均匀，从而保证固化裂解后基体中较为均匀地分布一定量的ZrC和SiC。
所述的硅锆合金粉末采用市售产品，其粒径为100nm-1μm，合金中硅的质量分数为5～30％，锆的质量分数为70-95％。
所述碳先驱体与硅锆合金粉的质量比为5～10：1，若硅锆合金粉添加量太少，则碳基体中合金含量过低，后期熔渗产生的高温碳化物均匀性差；若硅锆合金粉添加量过大，则合金含量过大，不利于液相浸渍及合金粉的均匀分散。相同条件下，在上述要求保护范围内，硅锆合金粉含量越高，最终制品中的SiC/ZrC含量越高。
本发明在泡沫本体内部引入碳先驱体的同时引入硅锆合金，形成ZrC-SiC复合泡沫，ZrC-SiC复合泡沫在高温有氧环境下，表面形成ZrO2、SiO2复合保护膜，在两种氧化物的协同作用下，提高整体SiC泡沫的抗氧化性能；合金中若硅的含量太少的话，在氧化过程中无法顺利形成完成的氧化膜，若硅含量太多，则会较低复合氧化膜的抗氧化能力和耐热性能。本发明确定了硅锆合金粉末中硅、锆优选比例范围，充分发挥了两种氧化物的协同作用，提高了泡沫材料抗氧化能力和耐热性能。在上述优选范围内，合金中锆的含量越多，最终泡沫的抗氧化能力和耐热性能最高。
本步骤可以通过添加溶剂，将料浆粘度调节为100～200mP.s；料浆在合适的粘度保证了在后续浸渍中，料浆能充分浸渍到有机泡沫中，使最终泡沫中的SiC/ZrC含量高且分布均匀。料浆粘度在上述要求范围内变化时，对最终制品中SiC/ZrC含量影响很小，工程中可忽略不计。
第二步，真空浸渍，
将有机树脂泡沫浸渍在第一步配制的混合浆料中，使混合浆料中的硅锆合金粉和碳先驱体浸渍到泡沫中，进行真空浸渍；
本发明对有机树脂泡沫种类没有特殊限定，只要满足泡沫为发泡工艺制备，开孔率为60％以上，具有三维网络结构；有机树脂泡沫在后续裂解过程中转换为具有三维网络结构的碳泡沫，如常见的聚氨酯泡沫、酚醛泡沫、聚酰亚胺泡沫。
所述真空浸渍为本领域公知技术，可以采用如下工艺，真空浸渍压力为-0.09～-0.1MPa，时间1～3小时，本领域技术人员也可根据实际选择合适的工艺。
第三步，压力固化，
将经第二步浸渍了混合浆料后的有机树脂泡沫在压力条件下进行固化；
本发明固化工艺为本领域公知技术，本领域技术人员可根据实际情况进行选择，也可采用如下优选固化工艺进行，具体固化工艺如下：
将浸渍浆料后的泡沫在1.0～2.5MPa压力下，80±5℃固化1～2小时，120±5℃固化1～2小时，180±5℃固化1～2小时，自然降温到室温。
加压固化可以防止浆料在固化过程中从泡沫中流出，提高泡沫的浸渍效果。
第四步，重复第二、三步，直至泡沫固化后增重≤1％；
通过多次浸渍、固化，确保整个泡沫内部材质均匀。
第五步，裂解，
氩气保护气氛下裂解，所述的裂解工艺为：
A5.1、以(100±5)℃/h的速率升温到200±10℃，保温0.5～1小时；
A5.2以(25～50)℃/h的速率升温到400±10℃，保温1～2小时；
A5.3、以(25～50)℃/h的速率升温到600±10℃，保温1～2小时；
A5.4、以(50～100)℃的速率升温到900±10℃，保温2～3小时后，自然降温到室温。
采用本步骤的裂解工艺，使泡沫中的碳先驱体裂解后获得具有较多裂纹的三维网络碳基体，较多的裂纹的碳基体中自含一定量的硅锆合金，使基体碳与熔融合金的接触面积更大，熔渗后有更多的碳基体转换为ZrC、SiC，同时保证了SiC、ZrC在泡沫内部均匀分布。
在本步骤要求范围内，裂解过程，各个温度台阶升温速率越高，泡沫中的碳先驱体裂解后得到的三维网络具有越多的裂纹，熔渗后有更多的碳基体转换为ZrC和SiC，最终复合泡沫的抗氧化性能和力学性能越高；但超出本步骤要求范围，升温速率太快，基体中裂纹增加太多、太大，会大大其降低其抗氧化性能和力学性能。
第六步，熔融反应，
在高于硅锆合金熔点50～100℃的真空条件下，将第五步裂解后的泡沫进行熔融反应，得到高ZrC含量的抗氧化SiC泡沫材料。
在本步骤中，泡沫内部浸渍进入的硅锆合金与泡沫骨架碳反应，原位生成SiC和ZrC，得到ZrC-SiC复合泡沫。
本发明与现有技术相比的有益效果：
(1)本发明从泡沫本体出发，在本体内部引入碳先驱体的同时引入难熔金属Zr，形成ZrC-SiC复合泡沫，使其在高温有氧环境下，表面形成ZrO2、SiO2复合保护膜，在两种氧化物的协同作用下，提高整体SiC泡沫的抗氧化性能；
(2)本发明确定了硅锆合金粉末中硅、锆优选比例范围，充分发挥了两种氧化物的协同作用，提高了泡沫材料抗氧化能力和耐热性能；
(3)本发明采用特定的裂解工艺使泡沫中的碳先驱体裂解后得到的三维网络具有较多的裂纹，使基体碳与熔融合金的接触面积更大，熔渗后有更多的碳基体转换为ZrC和SiC
(4)本发明使用真空浸渍、压力固化，有效增加泡沫中抗氧化组元ZrC的含量，提升泡沫的抗氧化温度；
(5)本发明采用聚乙二醇做分散剂并结合球磨的方法，使浸渍料浆中金属合金粉分散较为均匀，从而保证固化裂解后基体中较为均匀地分布一定量的硅锆合金。
具体实施方式
下面结合具体实例对本发明进行详细说明。
实施例1
1、制备混合料浆
将酚醛树脂、聚乙二醇溶解在无水乙醇中，加入硅锆合金粉并球磨得到浆料，球磨时间18h。酚醛树脂与聚乙二醇的质量比为30:1，酚醛树脂与硅锆合金粉的质量比为5:1；通过无水乙醇含量调节浆料粘度为100～200mPa·s。硅锆合金中硅的质量分数为20％，锆的质量分数为80％，硅锆合金粉末的粒径为100nm-1μm。
2、真空浸渍
采用真空浸渍的方法，将聚氨酯泡沫浸渍在浆料中，使浆料浸渍到泡沫中。真空浸渍时的相对真空度为-0.0995MPa，时间1小时。
3、压力固化
将浸渍浆料后的泡沫在2.5MPa压力下，按照80℃/1小时+120℃/2小时+180℃/2小时进行程序加热固化，随后自然降温。
4、重复步骤2和3五次，固化后泡沫增重≤1％。
5、裂解
在氩气保护气氛下热处理，裂解获得含有硅锆合金的泡沫先驱体。热处理裂解过程如下：室温下以100℃±5/h的速率升温到200℃，保温0.5小时后以25±5℃/h的速率升温到400℃，保温1小时后以25℃±5/h的速率升温到600℃，保温1小时后以50℃±5/h的速率升温到900℃，保温2小时后自然降温到室温。
6、熔融反应
在高于硅锆合金熔点100℃真空条件下，使泡沫内部的硅锆合金与裂解碳源反应，原位生成ZrC、SiC，得到ZrC-SiC复合泡沫。
本实例得到的ZrC-SiC复合泡沫中SiC与ZrC的质量比为1：3，1600℃静态氧化试验1h后质量损失率为0.3‰，常温压缩强度为52MPa。
实施例2
1、制备混合料浆
将酚醛树脂、聚乙二醇溶解在无水乙醇中，加入硅锆合金粉并球磨得到浆料，球磨时间18h。酚醛树脂与聚乙二醇的质量比为30:1，酚醛树脂与硅锆合金粉的质量比为10:1；通过无水乙醇含量调节浆料粘度为100～200mPa·s。硅锆合金中硅的质量分数为20％，锆的质量分数为80％，硅锆合金粉末的粒径为100nm-1μm。
2、真空浸渍
采用真空浸渍的方法，将聚氨酯泡沫浸渍在浆料中，使浆料浸渍到泡沫中。真空浸渍时的相对真空度为-0.0995MPa，时间1小时。
3、压力固化
将浸渍浆料后的泡沫在2.5MPa压力下，按照80℃/1小时+120℃/2小时+180℃/2小时进行程序加热固化，随后自然降温。
4、重复步骤2和3五次，固化后泡沫增重≤1％。
5、裂解
在氩气保护气氛下热处理，裂解获得含有硅锆合金的泡沫先驱体。热处理裂解过程如下：室温下以100℃±5/h的速率升温到200℃，保温0.5小时后以25±5℃/h的速率升温到400℃，保温1小时后以25℃±5/h的速率升温到600℃，保温1小时后以50℃±5/h的速率升温到900℃，保温2小时后自然降温到室温。
6、熔融反应
在高于硅锆合金熔点100℃真空条件下，使泡沫内部的硅锆合金与裂解碳源反应，原位生成ZrC、SiC，得到ZrC-SiC复合泡沫。
本实例得到的ZrC-SiC复合泡沫中SiC与ZrC的质量比为1：3，1600℃静态氧化试验1h后质量损失率为0.5‰，常温压缩强度为43MPa。
实施例3
1、制备混合料浆
将酚醛树脂、聚乙二醇溶解在无水乙醇中，加入硅锆合金粉并球磨得到浆料，球磨时间18h。酚醛树脂与聚乙二醇的质量比为30:1，酚醛树脂与硅锆合金粉的质量比为5:1；通过无水乙醇含量调节浆料粘度为100～200mPa·s。硅锆合金中硅的质量分数为10％，锆的质量分数为90％，硅锆合金粉末的粒径为100nm-1μm。
2、真空浸渍
采用真空浸渍的方法，将聚氨酯泡沫浸渍在浆料中，使浆料浸渍到泡沫中。真空浸渍时的相对真空度为-0.0995MPa，时间1小时。
3、压力固化
将浸渍浆料后的泡沫在2.5MPa压力下，按照80℃/1小时+120℃/2小时+180℃/2小时进行程序加热固化，随后自然降温。
4、重复步骤2和3五次，固化后泡沫增重≤1％。
5、裂解
在氩气保护气氛下热处理，裂解获得含有硅锆合金的泡沫先驱体。热处理裂解过程如下：室温下以100℃±5/h的速率升温到200℃，保温0.5小时后以25±5℃/h的速率升温到400℃，保温1小时后以25℃±5/h的速率升温到600℃，保温1小时后以50℃±5/h的速率升温到900℃，保温2小时后自然降温到室温。
6、熔融反应
在高于硅锆合金熔点100℃真空条件下，使泡沫内部的硅锆合金与裂解碳源反应，原位生成ZrC、SiC，得到ZrC-SiC复合泡沫。
本实例得到的ZrC-SiC复合泡沫中SiC与ZrC的质量比为1：7，1600℃静态氧化试验1h后质量损失率为0.2‰，常温压缩强度为60MPa。
实施例4
1、制备混合料浆
将酚醛树脂、聚乙二醇溶解在无水乙醇中，加入硅锆合金粉并球磨得到浆料，球磨时间18h。酚醛树脂与聚乙二醇的质量比为30:1，酚醛树脂与硅锆合金粉的质量比为5:1；通过无水乙醇含量调节浆料粘度为100～200mPa·s。硅锆合金中硅的质量分数为5％，锆的质量分数为95％，硅锆合金粉末的粒径为100nm-1μm。
2、真空浸渍
采用真空浸渍的方法，将聚氨酯泡沫浸渍在浆料中，使浆料浸渍到泡沫中。真空浸渍时的相对真空度为-0.0995MPa，时间1小时。
3、压力固化
将浸渍浆料后的泡沫在2.5MPa压力下，按照80℃/1小时+120℃/2小时+180℃/2小时进行程序加热固化，随后自然降温。
4、重复步骤2和3五次，固化后泡沫增重≤1％。
5、裂解
在氩气保护气氛下热处理，裂解获得含有硅锆合金的泡沫先驱体。热处理裂解过程如下：室温下以100℃±5/h的速率升温到200℃，保温0.5小时后以25±5℃/h的速率升温到400℃，保温1小时后以25℃±5/h的速率升温到600℃，保温1小时后以50℃±5/h的速率升温到900℃，保温2小时后自然降温到室温。
6、熔融反应
在高于硅锆合金熔点100℃真空条件下，使泡沫内部的硅锆合金与裂解碳源反应，原位生成ZrC、SiC，得到ZrC-SiC复合泡沫。
本实例得到的ZrC-SiC复合泡沫中SiC与ZrC的质量比为1：15，1600℃静态氧化试验1h后质量损失率为0.2‰，常温压缩强度为58MPa。
实施例5
1、制备混合料浆
将酚醛树脂、聚乙二醇溶解在无水乙醇中，加入硅锆合金粉并球磨得到浆料，球磨时间18h。酚醛树脂与聚乙二醇的质量比为30:1，酚醛树脂与硅锆合金粉的质量比为5:1；通过无水乙醇含量调节浆料粘度为100～200mPa·s。硅锆合金中硅的质量分数为30％，锆的质量分数为70％，硅锆合金粉末的粒径为100nm-1μm。
2、真空浸渍
采用真空浸渍的方法，将聚氨酯泡沫浸渍在浆料中，使浆料浸渍到泡沫中。真空浸渍时的相对真空度为-0.0995MPa，时间1小时。
3、压力固化
将浸渍浆料后的泡沫在2.5MPa压力下，按照80℃/1小时+120℃/2小时+180℃/2小时进行程序加热固化，随后自然降温。
4、重复步骤2和3五次，固化后泡沫增重≤1％。
5、裂解
在氩气保护气氛下热处理，裂解获得含有硅锆合金的泡沫先驱体。热处理裂解过程如下：室温下以100℃±5/h的速率升温到200℃，保温0.5小时后以25±5℃/h的速率升温到400℃，保温1小时后以25℃±5/h的速率升温到600℃，保温1小时后以50℃±5/h的速率升温到900℃，保温2小时后自然降温到室温。
6、熔融反应
在高于硅锆合金熔点100℃真空条件下，使泡沫内部的硅锆合金与裂解碳源反应，原位生成ZrC、SiC，得到ZrC-SiC复合泡沫。
本实例得到的ZrC-SiC复合泡沫中SiC与ZrC的质量比为1：2，1600℃静态氧化试验1h后质量损失率为0.4‰，常温压缩强度为47MPa。
实施例6
1、制备混合料浆
将酚醛树脂、聚乙二醇溶解在无水乙醇中，加入硅锆合金粉并球磨得到浆料，球磨时间18h。酚醛树脂与聚乙二醇的质量比为30:1，酚醛树脂与硅锆合金粉的质量比为5:1；通过无水乙醇含量调节浆料粘度为100～200mPa·s。硅锆合金中硅的质量分数为20％，锆的质量分数为80％，硅锆合金粉末的粒径为100nm-1μm。
2、真空浸渍
采用真空浸渍的方法，将酚醛泡沫浸渍在浆料中，使浆料浸渍到泡沫中。真空浸渍时的相对真空度为-0.0995MPa，时间1小时。
3、压力固化
将浸渍浆料后的泡沫在2.5MPa压力下，按照80℃/1小时+120℃/2小时+180℃/2小时进行程序加热固化，随后自然降温。
4、重复步骤2和3五次，固化后泡沫增重≤1％。
5、裂解
在氩气保护气氛下热处理，裂解获得含有硅锆合金的泡沫先驱体。热处理裂解过程如下：室温下以100℃±5/h的速率升温到200℃，保温0.5小时后以25±5℃/h的速率升温到400℃，保温1小时后以25℃±5/h的速率升温到600℃，保温1小时后以50℃±5/h的速率升温到900℃，保温2小时后自然降温到室温。
6、熔融反应
在高于硅锆合金熔点100℃真空条件下，使泡沫内部的硅锆合金与裂解碳源反应，原位生成ZrC、SiC，得到ZrC-SiC复合泡沫。
本实例得到的ZrC-SiC复合泡沫中SiC与ZrC的质量比为1：3，1600℃静态氧化试验1h后质量损失率为0.3‰，常温压缩强度为57MPa。
实施例7
1、制备混合料浆
将酚醛树脂、聚乙二醇溶解在无水乙醇中，加入硅锆合金粉并球磨得到浆料，球磨时间18h。酚醛树脂与聚乙二醇的质量比为30:1，酚醛树脂与硅锆合金粉的质量比为5:1；通过无水乙醇含量调节浆料粘度为100～200mPa·s。硅锆合金中硅的质量分数为20％，锆的质量分数为80％，硅锆合金粉末的粒径为100nm-1μm。
2、真空浸渍
采用真空浸渍的方法，将聚氨酯泡沫浸渍在浆料中，使浆料浸渍到泡沫中。真空浸渍时的相对真空度为-0.0995MPa，时间1小时。
3、压力固化
将浸渍浆料后的泡沫在2.5MPa压力下，按照80℃/1小时+120℃/2小时+180℃/2小时进行程序加热固化，随后自然降温。
4、重复步骤2和3五次，固化后泡沫增重≤1％。
5、裂解
在氩气保护气氛下热处理，裂解获得含有硅锆合金的泡沫先驱体。热处理裂解过程如下：室温下以100℃±5/h的速率升温到200℃，保温0.5小时后以40±5℃/h的速率升温到400℃，保温1小时后以35℃±5/h的速率升温到600℃，保温1小时后以75℃±5/h的速率升温到900℃，保温3小时后自然降温到室温。
6、熔融反应
在高于硅锆合金熔点100℃真空条件下，使泡沫内部的硅锆合金与裂解碳源反应，原位生成ZrC、SiC，得到ZrC-SiC复合泡沫。
本实例得到的ZrC-SiC复合泡沫中SiC与ZrC的质量比为1：3，1600℃静态氧化试验1h后质量损失率为0.2‰，常温压缩强度为55MPa。
实施例8
1、制备混合料浆
将酚醛树脂、聚乙二醇溶解在无水乙醇中，加入硅锆合金粉并球磨得到浆料，球磨时间18h。酚醛树脂与聚乙二醇的质量比为30:1，酚醛树脂与硅锆合金粉的质量比为5:1；通过无水乙醇含量调节浆料粘度为100～200mPa·s。硅锆合金中硅的质量分数为20％，锆的质量分数为80％，硅锆合金粉末的粒径为100nm-1μm。
2、真空浸渍
采用真空浸渍的方法，将聚氨酯泡沫浸渍在浆料中，使浆料浸渍到泡沫中。真空浸渍时的相对真空度为-0.0995MPa，时间1小时。
3、压力固化
将浸渍浆料后的泡沫在2.5MPa压力下，按照80℃/1小时+120℃/2小时+180℃/2小时进行程序加热固化，随后自然降温。
4、重复步骤2和3五次，固化后泡沫增重≤1％。
5、裂解
在氩气保护气氛下热处理，裂解获得含有硅锆合金的泡沫先驱体。热处理裂解过程如下：室温下以100℃±5/h的速率升温到200℃，保温0.5小时后以50±5℃/h的速率升温到400℃，保温1小时后以50℃±5/h的速率升温到600℃，保温1小时后以100℃±5/h的速率升温到900℃，保温2小时后自然降温到室温。
6、熔融反应
在高于硅锆合金熔点100℃真空条件下，使泡沫内部的硅锆合金与裂解碳源反应，原位生成ZrC、SiC，得到ZrC-SiC复合泡沫。
本实例得到的ZrC-SiC复合泡沫中SiC与ZrC的质量比为1：3，1600℃静态氧化试验1h后质量损失率为0.2‰，常温压缩强度为63MPa。
根据实施例1、2可以看出，其他条件不变情况下，硅锆合金越多，最终复合泡沫的抗氧化性能和力学性能越高；根据实施例1、3、4、5可以看出，其他条件不变情况下，硅锆合金中所含锆质量越多，最终复合泡沫的抗氧化性能和力学性能越高；根据实施例1、6可以看出，其他条件不变情况下，改变有机树脂种类对抗氧化性能没有什么影响，对力学性能略有影响；根据实施例1、7、8可以看出，其他条件不变情况下，裂解过程，各个温度台阶升温速率越高，泡沫中的碳先驱体裂解后得到的三维网络具有越多的裂纹，熔渗后有更多的碳基体转换为ZrC和SiC，最终复合泡沫的抗氧化性能和力学性能越高。
本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。
Claims (8)
1.一种抗氧化SiC泡沫，其特征在于：采用混合料浆浸渍有机泡沫，将硅锆合金引入到有机泡沫内部，再经裂解、熔融反应，使泡沫内均质分布的硅锆合金与碳反应，原位生成SiC和ZrC；
所述的混合料浆包括碳先驱体、聚乙二醇、硅锆合金粉末和适量溶剂，所述的碳先驱体与聚乙二醇的质量比为20～40：1，所述的碳先驱体与硅锆合金粉末的质量比为5～10：1，所述的硅锆合金粉末中硅的质量分数为5～30％，锆的质量分数为70-95％。
2.根据权利要求1所述的一种抗氧化SiC泡沫，其特征在于：所述的裂解在氩气保护气氛下进行，以(100±5)℃/h的速率升温到200±10℃，保温0.5～1小时；以(25～50)℃/h的速率升温到400±10℃，保温1～2小时；以(25～50)℃/h的速率升温到600±10℃，保温1～2小时；以(50～100)℃的速率升温到900±10℃，保温2～3小时后，自然降温到室温。
3.根据权利要求1所述的一种抗氧化SiC泡沫，其特征在于：所述的有机树脂泡沫为发泡工艺制备，开孔率为60％以上，有机树脂泡沫能在后续裂解过程中能转换为具有三维网络结构的碳泡沫。
4.一种抗氧化SiC泡沫制备方法，其特征在于，通过以下步骤实现：
第一步，混合料浆配制，
A1.1、将碳先驱体、聚乙二醇溶解在溶剂中，得到混合溶液，碳先驱体与聚乙二醇的质量比为20～40：1；
A1.2、在步骤A1.1的混合溶液中加入硅锆合金粉，球磨混合均匀后得到混合料浆，所述的碳先驱体与硅锆合金粉的质量比为5～10：1；
第二步，真空浸渍，
将有机树脂泡沫浸渍在第一步配制的混合浆料中，进行真空浸渍；
第三步，压力固化，
将经第二步浸渍了混合浆料后的有机树脂泡沫在压力条件下进行固化；
第四步，重复第二、三步，直至泡沫固化后增重≤1％；
通过多次浸渍、固化，确保整个泡沫内部材质均匀。
第五步，裂解，
氩气保护气氛下裂解，所述的裂解工艺为：
A5.1、以(100±5)℃/h的速率升温到200±10℃，保温0.5～1小时；
A5.2以(25～50)℃/h的速率升温到400±10℃，保温1～2小时；
A5.3、以(25～50)℃/h的速率升温到600±10℃，保温1～2小时；
A5.4、以(50～100)℃的速率升温到900±10℃，保温2～3小时后，自然降温到室温；
第六步，熔融反应，
在高于硅锆合金熔点50～100℃的真空条件下，将第五步裂解后的泡沫进行熔融反应，得到高ZrC含量的抗氧化SiC泡沫材料。
5.根据权利要求4所述的一种抗氧化SiC泡沫制备方法，其特征在于：所述步骤A1.2中硅锆合金粉末中硅的质量分数为5～30％，锆的质量分数为70-95％。
6.根据权利要求4所述的一种抗氧化SiC泡沫制备方法，其特征在于：所述步骤A1.2中可以通过添加溶剂，将料浆粘度调节为100～200mP.s。
7.根据权利要求4所述的一种抗氧化SiC泡沫制备方法，其特征在于：所述第三步固化工艺为，将浸渍浆料后的泡沫在1.0～2.5MPa压力下，80±5℃固化1～2小时，120±5℃固化1～2小时，180±5℃固化1～2小时，自然降温到室温。
8.根据权利要求4所述的一种抗氧化SiC泡沫制备方法，其特征在于：第二步中有机树脂泡沫为发泡工艺制备，开孔率为60％以上，有机树脂泡沫能在后续裂解过程中能转换为具有三维网络结构的碳泡沫。
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