CN117003580A - 一种碳化硅多孔陶瓷及其制备方法和应用 - Google Patents
一种碳化硅多孔陶瓷及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117003580A CN117003580A CN202310968180.1A CN202310968180A CN117003580A CN 117003580 A CN117003580 A CN 117003580A CN 202310968180 A CN202310968180 A CN 202310968180A CN 117003580 A CN117003580 A CN 117003580A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- silicon carbide
- oxide
- porous ceramic
- silicon
- sintering
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 173
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 159
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 83
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 16
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims abstract description 40
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 35
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 31
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 25
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 19
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 claims abstract description 19
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims abstract description 15
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 45
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 41
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 33
- PLDDOISOJJCEMH-UHFFFAOYSA-N neodymium(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Nd+3].[Nd+3] PLDDOISOJJCEMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 25
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 21
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 21
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 claims description 20
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 claims description 20
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 claims description 20
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 claims description 20
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 18
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 claims description 16
- 229920005646 polycarboxylate Polymers 0.000 claims description 16
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical compound [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 14
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 claims description 14
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 claims description 14
- MMKQUGHLEMYQSG-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);praseodymium(3+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Pr+3].[Pr+3] MMKQUGHLEMYQSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- UZLYXNNZYFBAQO-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);ytterbium(3+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Yb+3].[Yb+3] UZLYXNNZYFBAQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 229910003447 praseodymium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 229910001954 samarium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 229940075630 samarium oxide Drugs 0.000 claims description 13
- FKTOIHSPIPYAPE-UHFFFAOYSA-N samarium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Sm+3].[Sm+3] FKTOIHSPIPYAPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 229910003454 ytterbium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 229940075624 ytterbium oxide Drugs 0.000 claims description 13
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 11
- NDLPOXTZKUMGOV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoferriooxy)iron hydrate Chemical compound O.O=[Fe]O[Fe]=O NDLPOXTZKUMGOV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 6
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 abstract description 14
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 9
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 7
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 7
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 abstract description 2
- -1 rare earth silicate Chemical class 0.000 description 16
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 14
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 description 14
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 12
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 12
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 12
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 12
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 9
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 9
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 9
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 7
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 6
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 5
- 229910021426 porous silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 3
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 description 3
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 3
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 3
- 229910001404 rare earth metal oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 3
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 208000027790 Rib fracture Diseases 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 2
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 2
- 238000005187 foaming Methods 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 239000011268 mixed slurry Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 229920003257 polycarbosilane Polymers 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 230000010076 replication Effects 0.000 description 2
- 230000004584 weight gain Effects 0.000 description 2
- 235000019786 weight gain Nutrition 0.000 description 2
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YAIQCYZCSGLAAN-UHFFFAOYSA-N [Si+4].[O-2].[Al+3] Chemical compound [Si+4].[O-2].[Al+3] YAIQCYZCSGLAAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 229910052849 andalusite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000006255 coating slurry Substances 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 238000005338 heat storage Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000011863 silicon-based powder Substances 0.000 description 1
- 238000007581 slurry coating method Methods 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
- C04B38/06—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof by burning-out added substances by burning natural expanding materials or by sublimating or melting out added substances
- C04B38/063—Preparing or treating the raw materials individually or as batches
- C04B38/0635—Compounding ingredients
- C04B38/0645—Burnable, meltable, sublimable materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/56—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
- C04B35/565—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
- F23D14/12—Radiant burners
- F23D14/14—Radiant burners using screens or perforated plates
- F23D14/147—Radiant burners using screens or perforated plates with perforated plates as radiation intensifying means
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/34—Non-metal oxides, non-metal mixed oxides, or salts thereof that form the non-metal oxides upon heating, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3418—Silicon oxide, silicic acids or oxide forming salts thereof, e.g. silica sol, fused silica, silica fume, cristobalite, quartz or flint
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
- C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
- C04B2235/6562—Heating rate
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
- C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
- C04B2235/6567—Treatment time
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
- C04B2235/9607—Thermal properties, e.g. thermal expansion coefficient
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
本发明属于多孔介质材料技术领域，提供了一种碳化硅多孔陶瓷及其制备方法和应用。该方法包含下列步骤：将网状多孔模板浸渍于碳化硅浆料中，进行烧结得到碳化硅预制体；将碳化硅预制体浸渍于稀土浆料中，得到碳化硅多孔陶瓷坯体；在保护气氛下，将碳化硅多孔陶瓷坯体进行烧结，得到碳化硅多孔陶瓷。本发明具有工艺简单和成本低的特点，所制制品常温强度高、高温强度大、抗热震性能优良、抗高温水蒸气腐蚀性能好，能够适用于1600～2200℃的燃烧环境。
Description
技术领域
本发明涉及多孔介质材料技术领域，尤其涉及一种碳化硅多孔陶瓷及其制备方法和应用。
背景技术
多孔介质燃烧技术(PMC)是在燃烧装置中填充多孔介质，实现气体燃料有效利用和低热值气体清洁高效燃烧所开发的一种新型燃烧技术，具有自蓄热能力和“超绝热”的燃烧特性，因此广泛应用于冶金、内燃机、燃气轮机、微型燃烧系统及家用热交换器等领域。但是，多孔介质燃烧技术在高温领域还未得到广泛应用，主要是因为缺乏高温环境用高性能的多孔介质材料。目前的多孔介质材料抗热震性能普遍较差，在燃烧器频繁启、停的过程中容易发生损毁，导致燃烧器的服役寿命较低。因此，提高多孔介质材料的抗热震性能是实现多孔介质燃烧技术在高温领域大规模应用的关键。
碳化硅多孔陶瓷因其具有的低热膨胀系数、高导热率和良好的抗热震性能等优点，成为高温多孔介质燃烧技术的优质材料。然而，传统挂浆法制备的碳化硅多孔陶瓷，由于模板骨架在高温下分解，形成了大量的表面缺陷和中空孔筋，导致其强度和抗热震性能较低。目前技术人员为解决碳化硅多孔陶瓷的力学性能以及抗热震性能差等问题，进行了深入的研究和技术开发。如中国专利CN102503521A公开了一种高强度碳化硅多孔陶瓷的制备方法，通过在碳化硅粉中添加二硅化铝和聚碳硅烷经过干压成型和两步烧结，得到了高强度的碳化硅多孔陶瓷。添加的二硅化铝能够促进碳化硅晶粒生长，聚碳硅烷能够适当造孔，控制材料的孔隙率。但是该技术需要在2200℃的高温下进行烧结，并且粉体需要在50MPa下干压成型，不仅能量消耗大，而且工艺较为复杂，大幅提高了碳化硅多孔陶瓷的制备成本；此外，制备的碳化硅多孔陶瓷孔隙率仅为55％，而且经过发泡形成的主要是闭口气孔，难以形成三维通孔结构的气孔，不适合作为高温多孔介质燃烧用的多孔介质材料。又如中国专利CN110935237A公开了一种高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷及其制备方法，通过在碳化硅浆料中引入单质硅氧化铝粉和铝溶胶，采用有机泡沫浸渍法制备碳化硅多孔陶瓷。该技术采用的有机泡沫浸渍法虽然工艺简单，但很难控制碳化硅骨架的粗细程度以及孔隙率，很容易造成堵孔现象；并且该技术采用的模板为无序孔的聚氨酯海绵模板，排列不规则的孔会导致应力集中，降低碳化硅多孔陶瓷力学性能，同时在模板烧失后会留下真空孔洞以及在骨架表面形成缺陷，导致其力学性能和抗热震性能较差，不能满足高温多孔介质燃烧的要求。
因此，提供一种能够应用于多孔介质燃烧技术的、性能优异的碳化硅多孔陶瓷具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种碳化硅多孔陶瓷及其制备方法和应用。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种碳化硅多孔陶瓷的制备方法，包含下列步骤：
(1)将网状多孔模板浸渍于碳化硅浆料中，进行烧结得到碳化硅预制体；
(2)将碳化硅预制体浸渍于稀土浆料中，得到碳化硅多孔陶瓷坯体；
(3)在保护气氛下，将碳化硅多孔陶瓷坯体进行烧结，得到所述的碳化硅多孔陶瓷。
作为优选，步骤(1)所述碳化硅浆料包含碳化硅、硅微粉、单质硅、酚醛树脂、氧化铁、石墨、聚羧酸盐、羧甲基纤维素和水；
所述碳化硅、硅微粉、单质硅、酚醛树脂、氧化铁、石墨、聚羧酸盐、羧甲基纤维素和水的质量比为71～90：3～6：3～9：2～8：1～3：1～3：0.1～0.5：0.2～0.9：30～40。
作为优选，所述聚羧酸盐为聚羧酸铵；
所述碳化硅的平均粒径≤70μm，硅微粉的平均粒径≤0.5μm，单质硅的平均粒径≤50μm，酚醛树脂的平均粒径≤80μm，氧化铁的平均粒径≤50nm，石墨的平均粒径≤20μm。
作为优选，步骤(1)所述浸渍的时间为20～60min；
所述烧结的升温速率为1～3℃/min，所述烧结的目标温度为1200～1600℃，到达目标温度后的保温时间为0.5～3h。
作为优选，步骤(2)所述稀土浆料包含氧化镱、氧化钐、氧化钕、氧化镨、二氧化硅、羧甲基纤维素和水；
所述氧化镱、氧化钐、氧化钕、氧化镨、二氧化硅、羧甲基纤维素和水的质量比为22～26：20～22：19～21：19～21：10～20：0.5～1：23～46。
作为优选，所述氧化镱、氧化钐、氧化钕、氧化镨的平均粒径独立地≤1μm，二氧化硅的平均粒径≤10μm。
作为优选，步骤(2)所述浸渍的真空度为1000～2800Pa，所述浸渍的时间为15～40min。
作为优选，步骤(3)所述烧结的升温速率为2～5℃/min，所述烧结的目标温度为1300～1600℃，到达目标温度后的保温时间为1～5h。
本发明还提供了所述制备方法得到的碳化硅多孔陶瓷。
本发明还提供了所述碳化硅多孔陶瓷在多孔介质燃烧技术中的应用。
本发明的有益效果是：
(1)本发明提供了一种碳化硅多孔陶瓷的制备方法，包含下列步骤：将网状多孔模板浸渍于碳化硅浆料中，进行烧结得到碳化硅预制体；将碳化硅预制体浸渍于稀土浆料中，得到碳化硅多孔陶瓷坯体；在保护气氛下，将碳化硅多孔陶瓷坯体进行烧结，得到碳化硅多孔陶瓷。本发明具有工艺简单和成本低的特点，所制制品常温强度高、高温强度大、抗热震性能优良、抗高温水蒸气腐蚀性能好，能够适用于1600～2200℃的燃烧环境。
(2)本发明采用碳化硅浆料的涂覆、稀土硅酸盐的真空浸渍以及高温原位烧结技术，首先在埋碳气氛下预烧，在碳化硅骨架内原位形成碳化硅晶须，然后通过真空浸渍使稀土氧化物和二氧化硅的混合浆料在负压环境下浸渗到碳化硅骨架内部和粘附于骨架表面，对碳化硅骨架进行填充和对缺陷进行修复，最后在保护气氛下高温烧结形成具有三层孔筋结构(稀土硅酸盐((Yb0.25Sm0.25Nd0.25Pr0.25)2SiO5)涂层、碳化硅骨架层和稀土硅酸盐((Yb0.25Sm0.25Nd0.25Pr0.25)2SiO5)填充层)的碳化硅多孔陶瓷。其中，碳化硅晶须的原位生成能够大幅提高所制备的碳化硅多孔陶瓷的力学性能和抗热震性能，结合真空浸渍技术形成三层孔筋结构，在骨架表面形成稀土硅酸盐((Yb0.25Sm0.25Nd0.25Pr0.25)2SiO5)涂层，也能大幅提高碳化硅多孔陶瓷的抗高温水蒸气腐蚀性能。高温合成的等原子四元稀土硅酸盐((Yb0.25Sm0.25Nd0.25Pr0.25)2SiO5)对比单组分稀土硅酸盐，高熵化设计能降低其线膨胀系数，使其与碳化硅骨架更好的匹配；并且由于稀土硅酸盐涂层线膨胀系数略高于碳化硅骨架，烧结过程中会产生残余压应力，进一步提高碳化硅多孔陶瓷的力学性能。
(3)本发明制备的碳化硅多孔陶瓷所采用的方法为模板复制法，是在3D打印的石蜡、树脂或者有机聚合物模板表面通过浆料涂覆、模板烧失，来制备碳化硅多孔陶瓷。对比于其它的多孔材料的制备方法，例如发泡成型、造孔剂、热压成型等方法，本发明中涉及的模板复制法更简单、成本更低，且效率更高，能够实现大规模使用。
(4)在碳化硅浆料中添加的氧化铁在埋碳气氛下与CO通过还原反应(1)生成纳米铁，随后铁会与内部杂质形成低共熔相，产生液相；同时SiO2与C通过反应(2)生成SiO和CO蒸气；然后通过反应(3)，(4)，(5)生成碳化硅。反应过程中生成的SiC会先成核，沿着有利于它生长的方向结晶，然后经过传输、吸附在液相中生成碳化硅晶须。原位碳化硅晶须通过拔出、桥联互锁等机制能够使裂纹偏转或阻碍裂纹扩展，进而大幅提升碳化硅多孔陶瓷的强度和抗热震性能。
Fe2O3(s)+3CO(g)→2Fe(s)+3CO2(g) ΔG0＝-23470-353T
(1)
SiO2(s)+C(s)→SiO(g)+CO(g) ΔG0＝688354-344T
(2)
SiO(g)+3CO(g)→SiC(s)+2CO2(g) ΔG0＝-465568+379T
(3)
SiO(g)+2C(s)→SiC(s)+CO(g) ΔG0＝-132770+33.9T
(4)
Si(s)+2CO(g)→SiC(s)+CO2(g) ΔG0＝-240788-179.66T (5)
(5)在真空浸渍过程中，碳化硅晶须的原位生成有利于碳化硅多孔陶瓷对真空浸渍浆料的吸附，表面涂层厚度也有明显增加，对力学性能以及抗热震性能的提升有积极作用。同时，预制体表面的碳化硅晶须能够抑制涂层表面裂纹的形成，涂层表面气孔也被逐渐修复，能进一步提高碳化硅多孔陶瓷的强度和抗热震性能。并且，在碳化硅骨架表面形成的稀土硅酸盐((Yb0.25Sm0.25Nd0.25Pr0.25)2SiO5)涂层具有良好的抗高温水蒸气腐蚀性能，能够在服役过程中保护碳化硅基体，提高其使用寿命。
(6)本发明制备的原位晶须网络增强3D打印碳化硅多孔陶瓷经检测：耐高温(1600～2200℃)、强度高(常温耐压强度2.8～6.4Mpa)、抗热震性好(1100℃下水冷循环3次，残余强度保持率80～95％)，抗高温水蒸气腐蚀性能好(1400℃水蒸气环境中使用1000h，增重为0.6～2.1％)。
附图说明
图1为实施例1中碳化硅多孔陶瓷的结构示意图；
图2为实施例1中碳化硅多孔陶瓷的孔筋断口SEM表征图(1为高熵稀土硅酸盐涂层，2为碳化硅骨架层，3为高熵稀土硅酸盐填充层)；
图3为实施例1中碳化硅多孔陶瓷的骨架层SEM表征图；
图4为实施例1中碳化硅多孔陶瓷的涂层表面SEM表征图。
具体实施方式
本发明提供了一种碳化硅多孔陶瓷的制备方法，包含下列步骤：
(1)将网状多孔模板浸渍于碳化硅浆料中，进行烧结得到碳化硅预制体；
(2)将碳化硅预制体浸渍于稀土浆料中，得到碳化硅多孔陶瓷坯体；
(3)在保护气氛下，将碳化硅多孔陶瓷坯体进行烧结，得到所述的碳化硅多孔陶瓷。
在本发明中，步骤(1)所述网状多孔模板的结构为三维有序通孔阵列，网状多孔模板的化学组成为树脂、石蜡或聚氨酯中的一种或两种。
在本发明中，步骤(1)所述碳化硅浆料优选包含碳化硅、硅微粉、单质硅、酚醛树脂、氧化铁、石墨、聚羧酸盐、羧甲基纤维素和水。
在本发明中，所述碳化硅、硅微粉、单质硅、酚醛树脂、氧化铁、石墨、聚羧酸盐、羧甲基纤维素和水的质量比优选为71～90：3～6：3～9：2～8：1～3：1～3：0.1～0.5：0.2～0.9：30～40，进一步优选为75～85：4～5：5～8：3～7：1.5～2.5：1.5～2.5：0.2～0.4：0.3～0.8：32～38，更优选为77～80：4.2～4.5：6～7：5～6：1.7～2：1.7～2：0.25～0.3：0.5～0.6：35～36。
在本发明中，所述石墨优选为鳞片石墨或氧化石墨，所述聚羧酸盐优选为聚羧酸铵。
在本发明中，所述酚醛树脂的残碳量优选≥40％，进一步优选≥42％，更优选≥45％。
在本发明中，所述碳化硅的平均粒径优选≤70μm，进一步优选≤68μm，更优选≤65μm；硅微粉的平均粒径优选≤0.5μm，进一步优选≤0.3μm，更优选≤0.1μm；单质硅的平均粒径优选≤50μm，进一步优选为≤45μm，更优选为≤40μm；酚醛树脂的平均粒径优选≤80μm，进一步优选为≤78μm，更优选为≤75μm；氧化铁的平均粒径优选≤50nm，进一步优选≤45nm，更优选≤40nm；石墨的平均粒径优选≤20μm，进一步优选≤18μm，更优选≤15μm。
在本发明中，所述碳化硅浆料的制备方法优选包含下列步骤：将碳化硅、硅微粉、单质硅、酚醛树脂、氧化铁和石墨混合，得到混合粉；然后加入聚羧酸盐、羧甲基纤维素和水，进行搅拌，得到碳化硅浆料。
在本发明中，所述搅拌的转速优选为100～300r/min，进一步优选为150～250r/min，更优选为180～200r/min；所述搅拌的时间优选为40～60min，进一步优选为45～55min，更优选为50～53min。
在本发明中，步骤(1)所述浸渍的时间优选为20～60min，进一步优选为30～50min，更优选为35～40min。
在本发明中，步骤(1)浸渍结束后，将模板取出，进行挤压或离心甩浆，然后再进行干燥，干燥结束后再进行步骤(1)中的烧结。
在本发明中，所述干燥的温度优选为60～90℃，进一步优选为70～80℃，更优选为72～75℃；所述干燥的时间优选为24～48h，进一步优选为30～42h，更优选为36～38h。
在本发明中，步骤(1)所述烧结在埋碳气氛下进行，所述烧结的升温速率优选为1～3℃/min，进一步优选为1.5～2.5℃/min，更优选为1.7～2℃/min；所述烧结的目标温度优选为1200～1600℃，进一步优选为1300～1500℃，更优选为1350～1400℃；到达目标温度后的保温时间优选为0.5～3h，进一步优选为1～2.5h，更优选为1.5～2h。
在本发明中，步骤(2)所述稀土浆料优选包含氧化镱、氧化钐、氧化钕、氧化镨、二氧化硅、羧甲基纤维素和水。
在本发明中，所述氧化镱、氧化钐、氧化钕、氧化镨、二氧化硅、羧甲基纤维素和水的质量比优选为22～26：20～22：19～21：19～21：10～20：0.5～1：23～46，进一步优选为23～25：20.5～21.5：19.5～20.5：19.5～20.5：11～19：0.6～0.9：29～40，更优选为23.5～24：20.7～21：19.7～20：19.7～20：13～15：0.7～0.8：33～35。
在本发明中，所述氧化镱、氧化钐、氧化钕、氧化镨的平均粒径独立地优选≤1μm，进一步优选≤0.8μm，更优选≤0.5μm；二氧化硅的平均粒径优选≤10μm，进一步优选≤8μm，更优选≤5μm。
在本发明中，所述稀土浆料的制备方法优选包含下列步骤：将氧化镱、氧化钐、氧化钕、氧化镨和二氧化硅混合，得到混合粉；然后加入羧甲基纤维素和水，进行球磨，得到稀土浆料。
在本发明中，所述球磨的转速优选为300～500r/min，进一步优选为350～450r/min，更优选为370～400r/min；所述球磨的时间优选为1～4h，进一步优选为2～3h，更优选为2.2～2.5h。
在本发明中，步骤(2)所述浸渍的真空度优选为1000～2800Pa，进一步优选为1500～2300Pa，更优选为1700～2000Pa；所述浸渍的时间优选为15～40min，进一步优选为20～35min，更优选为25～30min。
在本发明中，步骤(2)浸渍结束后，将得到的样品进行干燥，得到碳化硅多孔陶瓷坯体。
在本发明中，所述干燥的温度优选为60～90℃，进一步优选为70～80℃，更优选为72～75℃；所述干燥的时间优选为12～24h，进一步优选为16～20h，更优选为17～18h。
在本发明中，步骤(3)所述保护气氛优选为氩气或氮气。
在本发明中，步骤(3)所述烧结的升温速率优选为2～5℃/min，进一步优选为3～4℃/min，更优选为3.2～3.5℃/min；所述烧结的目标温度优选为1300～1600℃，进一步优选为1350～1550℃，更优选为1400～1500℃；到达目标温度后的保温时间优选为1～5h，进一步优选为2～4h，更优选为2.5～3h。
在本发明中，步骤(3)烧结结束后，随炉冷却，得到所述的碳化硅多孔陶瓷。
在本发明中，随炉冷却的目标温度优选为20～30℃，进一步优选为22～28℃，更优选为23～25℃。
本发明还提供了所述制备方法得到的碳化硅多孔陶瓷。
本发明还提供了所述碳化硅多孔陶瓷在多孔介质燃烧技术中的应用。
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将8.3kg粒径为65μm的碳化硅、0.4kg粒径为0.5μm的硅微粉、0.3kg粒径为40μm的单质硅、0.6kg粒径为75μm的酚醛树脂(残碳量为45％)、0.2kg粒径为45nm的氧化铁和0.2kg粒径为15μm的鳞片石墨混合，得到混合粉；然后向混合粉中加入0.03kg聚羧酸铵、0.05kg羧甲基纤维素和4kg水，以200r/min的转速搅拌50min，制得碳化硅浆料；
将2.46kg粒径为0.5μm的氧化镱、2.15kg粒径为0.5μm的氧化钐、2.05kg粒径为0.5μm的氧化钕和2.04kg粒径为0.5μm的氧化镨与1.3kg粒径为5μm的二氧化硅混合，得到混合粉，然后向混合粉中加入0.05kg羧甲基纤维素和3.5kg水，以400r/min的转速球磨2.5h，制得稀土浆料；
将聚氨酯浸渍于碳化硅浆料中，浸渍40min，将模板取出，离心甩浆，然后在75℃下干燥36h，干燥结束后，在埋碳气氛下以2℃/min的升温速率升温至1400℃，保温1.5h，得到碳化硅预制体；
将碳化硅预制体浸渍于稀土浆料中，抽真空至2000Pa，浸渍25min，浸渍结束后，将得到的样品在75℃下干燥18h，得到碳化硅多孔陶瓷坯体；
在氩气气氛中，将碳化硅多孔陶瓷坯体以3.5℃/min的速率升温至1400℃，保温2.5h，然后随炉冷却至25℃，得到所述的碳化硅多孔陶瓷。
本实施例中碳化硅多孔陶瓷的结构示意图，如图1所示；本实施例中碳化硅多孔陶瓷的孔筋断口SEM表征图，如图2所示(图2中，1为高熵稀土硅酸盐涂层，2为碳化硅骨架层，3为高熵稀土硅酸盐填充层)；本实施例中碳化硅多孔陶瓷的骨架层SEM表征图，如图3所示；本实施例中碳化硅多孔陶瓷的涂层表面SEM表征图，如图4所示。从图1～4中可以看出，在埋碳气氛下预烧后，碳化硅骨架内原位形成碳化硅晶须，然后通过真空浸渍使稀土氧化物和二氧化硅的混合浆料在负压环境下浸渗到碳化硅骨架内部和粘附于骨架表面，对碳化硅骨架进行填充和对缺陷进行修复，最后在保护气氛下高温烧结形成具有三层孔筋结构(稀土硅酸盐((Yb0.25Sm0.25Nd0.25Pr0.25)2SiO5)涂层、碳化硅骨架层和稀土硅酸盐((Yb0.25Sm0.25Nd0.25Pr0.25)2SiO5)填充层)的碳化硅多孔陶瓷。
对本实施例所得碳化硅多孔陶瓷进行性能检测，得到本实施例中碳化硅多孔陶瓷的常温耐压强度为2.8MPa，在2200℃下能正常使用10000h，在1100℃下水冷循环3次后，残余强度保持率为80％，在1400℃水蒸气环境中使用1000h后，增重2.1％。
实施例2
将8kg粒径为68μm的碳化硅、0.42kg粒径为0.3μm的硅微粉、0.6kg粒径为45μm的单质硅、0.5kg粒径为78μm的酚醛树脂(残碳量为42％)、0.17kg粒径为40nm的氧化铁和0.17kg粒径为18μm的氧化石墨混合，得到混合粉；然后向混合粉中加入0.025kg聚羧酸铵、0.06kg羧甲基纤维素和3.6kg水，以180r/min的转速搅拌53min，制得碳化硅浆料；
将2.48kg粒径为0.8μm的氧化镱、2.17kg粒径为0.8μm的氧化钐、2.08kg粒径为0.8μm的氧化钕和2.07kg粒径为0.8μm的氧化镨与1.2kg粒径为8μm的二氧化硅混合，得到混合粉，然后向混合粉中加入0.07kg羧甲基纤维素和3.3kg水，以370r/min的转速球磨2.2h，制得稀土浆料；
将树脂浸渍于碳化硅浆料中，浸渍50min，将模板取出，离心甩浆，然后在80℃下干燥30h，干燥结束后，在埋碳气氛下以1.5℃/min的升温速率升温至1350℃，保温2h，得到碳化硅预制体；
将碳化硅预制体浸渍于稀土浆料中，抽真空至2300Pa，浸渍20min，浸渍结束后，将得到的样品在80℃下干燥16h，得到碳化硅多孔陶瓷坯体；
在氩气气氛中，将碳化硅多孔陶瓷坯体以3℃/min的速率升温至1500℃，保温2h，然后随炉冷却至30℃，得到所述的碳化硅多孔陶瓷。
对本实施例所得碳化硅多孔陶瓷进行性能检测，得到本实施例中碳化硅多孔陶瓷的常温耐压强度为4.6MPa，在2000℃下能正常使用10000h，在1100℃下水冷循环3次后，残余强度保持率为87％，在1400℃水蒸气环境中使用1000h后，增重1.5％。
实施例3
将7.7kg粒径为67μm的碳化硅、0.5kg粒径为0.1μm的硅微粉、0.9kg粒径为42μm的单质硅、0.7kg粒径为77μm的酚醛树脂(残碳量为43％)、0.25kg粒径为47nm的氧化铁和0.3kg粒径为20μm的鳞片石墨混合，得到混合粉；然后向混合粉中加入0.05kg聚羧酸铵、0.07kg羧甲基纤维素和3.2kg水，以150r/min的转速搅拌55min，制得碳化硅浆料；
将2.4kg粒径为0.5μm的氧化镱、2.1kg粒径为0.5μm的氧化钐、2.0kg粒径为0.5μm的氧化钕和2.0kg粒径为0.5μm的氧化镨与1.5kg粒径为5μm的二氧化硅混合，得到混合粉，然后向混合粉中加入0.08kg羧甲基纤维素和4kg水，以350r/min的转速球磨3h，制得稀土浆料；
将石蜡浸渍于碳化硅浆料中，浸渍35min，将模板取出，挤压，然后在90℃下干燥24h，干燥结束后，在埋碳气氛下以1℃/min的升温速率升温至1300℃，保温2.5h，得到碳化硅预制体；
将碳化硅预制体浸渍于稀土浆料中，抽真空至1500Pa，浸渍20min，浸渍结束后，将得到的样品在90℃下干燥12h，得到碳化硅多孔陶瓷坯体；
在氮气气氛中，将碳化硅多孔陶瓷坯体以5℃/min的速率升温至1350℃，保温4h，然后随炉冷却至20℃，得到所述的碳化硅多孔陶瓷。
对本实施例所得碳化硅多孔陶瓷进行性能检测，得到本实施例中碳化硅多孔陶瓷的常温耐压强度为6.4MPa，在2100℃下能正常使用10000h，在1100℃下水冷循环3次后，残余强度保持率为95％，在1400℃水蒸气环境中使用1000h后，增重0.6％。
对比例1
控制实施例1中其它条件不变，放弃氧化铁的加入，得到碳化硅陶瓷材料。
对本对比例所得碳化硅陶瓷材料进行性能检测，得到本对比例中碳化硅陶瓷材料的常温耐压强度为1.6MPa，在1100℃下水冷循环3次后，残余强度保持率为65％，在1400℃水蒸气环境中使用1000h后，增重3.7％。
这是由于对比例1中未加入氧化铁，生成的碳化硅晶须数量少，导致耐压强度与残余强度保持率较低。
对比例2
控制实施例1中其它条件不变，放弃鳞片石墨的加入，得到碳化硅陶瓷材料。
对本对比例所得碳化硅陶瓷材料进行性能检测，得到本对比例中碳化硅陶瓷材料的常温耐压强度为1.4MPa，在1100℃下水冷循环3次后，残余强度保持率为58％，在1400℃水蒸气环境中使用1000h后，增重4.2％。
这是由于对比例2中未加入石墨，生成的碳化硅晶须的数量也较少，导致耐压强度与残余强度保持率较低。
对比例3
控制实施例1中其它条件不变，将稀土浆料中的稀土氧化物和二氧化硅替换为3kg活性氧化铝粉和7kg红柱石粉的混合物，得到碳化硅陶瓷材料。
对本对比例所得碳化硅陶瓷材料进行性能检测，得到本对比例中碳化硅陶瓷材料的常温耐压强度为2.5MPa，在1100℃下水冷循环3次后，残余强度保持率为77％，在1400℃水蒸气环境中使用1000h后，增重7.3％。
这是由于对比例3中将稀土氧化物-二氧化硅粉末替换为红柱石-氧化铝粉末，生成的莫来石抗水蒸气腐蚀性能相较于实施例1中生成的硅酸稀土硅酸盐((Yb0.25Sm0.25Nd0.25Pr0.25)2SiO5)较差，导致增重较多。
由以上实施例可知，本发明提供了一种碳化硅多孔陶瓷的制备方法，具有工艺简单和成本低的特点，所制制品常温强度高、高温强度大、抗热震性能优良、抗高温水蒸气腐蚀性能好，能够适用于1600～2200℃的燃烧环境。
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 (10)
1.一种碳化硅多孔陶瓷的制备方法，其特征在于，包含下列步骤：
(1)将网状多孔模板浸渍于碳化硅浆料中，进行烧结得到碳化硅预制体；
(2)将碳化硅预制体浸渍于稀土浆料中，得到碳化硅多孔陶瓷坯体；
(3)在保护气氛下，将碳化硅多孔陶瓷坯体进行烧结，得到所述的碳化硅多孔陶瓷。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述碳化硅浆料包含碳化硅、硅微粉、单质硅、酚醛树脂、氧化铁、石墨、聚羧酸盐、羧甲基纤维素和水；
所述碳化硅、硅微粉、单质硅、酚醛树脂、氧化铁、石墨、聚羧酸盐、羧甲基纤维素和水的质量比为71～90：3～6：3～9：2～8：1～3：1～3：0.1～0.5：0.2～0.9：30～40。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述聚羧酸盐为聚羧酸铵；
所述碳化硅的平均粒径≤70μm，硅微粉的平均粒径≤0.5μm，单质硅的平均粒径≤50μm，酚醛树脂的平均粒径≤80μm，氧化铁的平均粒径≤50nm，石墨的平均粒径≤20μm。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述浸渍的时间为20～60min；
所述烧结的升温速率为1～3℃/min，所述烧结的目标温度为1200～1600℃，到达目标温度后的保温时间为0.5～3h。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述稀土浆料包含氧化镱、氧化钐、氧化钕、氧化镨、二氧化硅、羧甲基纤维素和水；
所述氧化镱、氧化钐、氧化钕、氧化镨、二氧化硅、羧甲基纤维素和水的质量比为22～26：20～22：19～21：19～21：10～20：0.5～1：23～46。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述氧化镱、氧化钐、氧化钕、氧化镨的平均粒径独立地≤1μm，二氧化硅的平均粒径≤10μm。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述浸渍的真空度为1000～2800Pa，所述浸渍的时间为15～40min。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述烧结的升温速率为2～5℃/min，所述烧结的目标温度为1300～1600℃，到达目标温度后的保温时间为1～5h。
9.权利要求1～8任意一项所述制备方法得到的碳化硅多孔陶瓷。
10.权利要求9所述碳化硅多孔陶瓷在多孔介质燃烧技术中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310968180.1A CN117003580A (zh) | 2023-08-02 | 2023-08-02 | 一种碳化硅多孔陶瓷及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310968180.1A CN117003580A (zh) | 2023-08-02 | 2023-08-02 | 一种碳化硅多孔陶瓷及其制备方法和应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117003580A true CN117003580A (zh) | 2023-11-07 |
Family
ID=88565044
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310968180.1A Pending CN117003580A (zh) | 2023-08-02 | 2023-08-02 | 一种碳化硅多孔陶瓷及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117003580A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118239794A (zh) * | 2024-04-08 | 2024-06-25 | 中科卓异环境科技(东莞)有限公司 | 一种碳化硅多孔陶瓷波纹板及其制备方法和用途 |
-
2023
- 2023-08-02 CN CN202310968180.1A patent/CN117003580A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118239794A (zh) * | 2024-04-08 | 2024-06-25 | 中科卓异环境科技(东莞)有限公司 | 一种碳化硅多孔陶瓷波纹板及其制备方法和用途 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108675790B (zh) | 一种石墨/碳化硅隔热背衬及其制备方法 | |
| CN108706978B (zh) | 喷雾造粒结合3dp和cvi制备碳化硅陶瓷基复合材料的方法 | |
| CN100384781C (zh) | 凝胶包裹-冷冻干燥工艺制备碳化硅多孔陶瓷的方法 | |
| CN105541334B (zh) | 多层孔筋结构的碳化硅基复合泡沫陶瓷及其制备方法 | |
| CN109437943B (zh) | 一种Cf/C-SiC-ZrB2复合材料及其制备方法 | |
| CN107602127B (zh) | SiC空心球及其制备方法 | |
| CN107759251B (zh) | 一种多孔陶瓷表面高韧性陶瓷涂层的制备方法 | |
| CN117003580A (zh) | 一种碳化硅多孔陶瓷及其制备方法和应用 | |
| WO2022222778A1 (zh) | 一种通过陶瓷前驱体骨架成型的精细陶瓷材料及其制备方法和应用 | |
| CN112851388A (zh) | 一种碳化硅陶瓷连接件及其连接方法和应用 | |
| CN112794718B (zh) | 一种陶瓷基复合材料螺柱及其制备方法 | |
| CN101323536A (zh) | 氮化硼多孔陶瓷保温材料、制备方法及其应用 | |
| CN101323526A (zh) | 多孔氮化硅-二氧化硅透波材料的制备方法 | |
| CN115180960B (zh) | 一种氮化硅陶瓷烧结体及其制备方法 | |
| CN112811927B (zh) | 一种轻量化刚玉-碳化硅耐火材料及其制备方法 | |
| CN114956828B (zh) | 碳化硅陶瓷及其制备方法和应用 | |
| CN108585905A (zh) | 一种高强度碳化硅陶瓷及其制备方法 | |
| CN101734920B (zh) | 一种氮化钛多孔陶瓷及其制备方法 | |
| CN101805201B (zh) | 一种高抗热震性多孔碳化硅陶瓷的制备方法 | |
| CN113845379A (zh) | 基于微孔骨架结构制备SiC/SiC-HfB2双相镶嵌抗氧化涂层及制备方法 | |
| CN111960846A (zh) | 一种纳米多孔材料及其制备方法 | |
| CN114988908B (zh) | 高温多孔介质燃烧用刚玉-六铝酸钙多孔陶瓷及制备方法 | |
| CN110963812A (zh) | 碳纳米管增韧碳化硅陶瓷的制备方法 | |
| CN116120080A (zh) | 一种ZrB2-ZrC-SiC改性碳/碳复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN114736400A (zh) | 一种可陶瓷化酚醛气凝胶及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |