一种莫来石/碳化硅复相泡沫陶瓷的制备方法

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，涉及一种泡沫陶瓷制备方法。

背景技术

泡沫陶瓷是一种特殊的多孔陶瓷，利用聚氨酯泡沫制备的泡沫陶瓷其特点是具备聚氨酯泡沫内部结构即三维网状连通的结构。多采用单一的陶瓷相做为泡沫陶瓷的原料，由于所处的使用环境不同和材料本身的局限性带来的不便，可以在复合相陶瓷上得到解决。

莫来石/碳化硅复相泡沫陶瓷材料，是利用原料高岭土中的二氧化硅与氧化铝在一定温度下原位反应生成莫来石相和碳化硅颗粒弥撒强化的复相材料。莫来石作为Al₂O₃-SiO₂二元相图系统中唯一稳定的结晶硅酸铝，具有良好的稳定性和1850℃的高耐火度，加上碳化硅颗粒在其中起到弥散强化的作用，强度上比之前有了大幅度的提升，又避免比单一相的碳化硅泡沫陶瓷高温不耐氧化的缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种莫来石/碳化硅复相泡沫陶瓷材料及其制备方法，用该方法制备的泡沫陶瓷，耐火度高，孔隙率＞70%，且陶瓷筋强度高。陶瓷结构内部成三维网状连通方式，可应用于熔体过滤、材料增强体等多个领域。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种莫来石/碳化硅复相泡沫陶瓷的制备方法，其特征是将下列物质中按重量百分比混均：30%~40%碳化硅粉、30%~36%的高岭土、25%~30%的氧化铝、0.2%~0.4%羧甲基纤维素、0.02%~0.08%聚苯烯酰胺和3%~4%淀粉，加入去离子水；在行星球磨机上球磨6~12h，配制成粘度在350~800mPa·S、固含量质量分数为65%~70%的陶瓷浆料；然后用预处理过的聚氨酯泡沫进行挂浆，置于80~120℃干燥箱内干燥12~24h，随后置于50℃~1600℃的真空电阻炉中进行烧结。

所述的碳化硅粉采用平均粒度为10~15μm的碳化硅粉，纯度为98%以上。

所述的聚氨酯泡沫的预处理方法：用洗涤剂清洗表面，再浸泡在质量分数为10%的Na OH溶液中，最后用质量分数为0.5%的羧甲基纤维素和5%的硅溶胶溶液做表面活性处理。

所述的聚氨酯泡沫的孔径大小为10ppi~30ppi。

当所述的碳化硅粉含有金属氧化物杂质、二氧化硅杂质时，可以对碳化硅粉先进行以下的预处理：用质量分数为15%的HF和H Cl混合溶液进行超声清洗，然后再在温度为80℃质量分数为10~15%的Na OH溶液中超声洗，最后清水洗。

本发明的技术效果是：采用本方法制备的复相泡沫陶瓷孔隙率高（达到70%以上）且为三维网状连通结构。本发明使用高岭土和氧化铝作为莫来石相的原料，简单易得。在莫来石原有的高耐火度的前提下，添加碳化硅颗粒作为增强相形成弥散强化，大大提高了陶瓷筋的强度，在熔体过滤、材料增强相的领域优势卓著。

具体实施方式

本发明将通过以下实施例做进一步说明。

实施例1。

将重量比分别为30%：35.98%：30.34%：0.2%：0.06%：3.42%的碳化硅粉、高岭土、氧化铝、羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺、淀粉溶于去离子水，再置于球料比为1.5:1的玛瑙管(球磨珠为玛瑙)中，在行星球磨机上球磨8h得到固含量（质量分数）为65%浆料；利用10ppi、30ppi的聚氨酯泡沫裁剪成2×2×1cm的规格分别浸入浆料中后拿出，采用滚压和气吹的方式挤去多余浆料，如此反复一至两次，置于110℃干燥箱中12h，取出后再进行二次挂浆，用离心的方式除去多余浆料，再置于80℃干燥箱中8h，得到泡沫陶瓷预制体；将泡沫陶瓷预制体放入真空电阻炉中，抽真空通氩气进行气体保护，室温至200℃，升温速率10℃/min，温度在200℃~600℃升温速率1℃/min，高温烧结600℃~1600℃，升温速率10℃/min，保温时间3h,得到莫来石/碳化硅复相泡沫陶瓷，使用10ppi的泡沫载体孔隙率90%，抗压强度2.6MPa，使用30ppi的泡沫载体孔隙率82%，抗压强度4.2MPa。

实施例2。

将重量比分别为35%：33.41%：28.17%：0.2%：0.06%：3.16%的碳化硅粉、高岭土、氧化铝、羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺、淀粉溶于去离子水，再置于球料比为1.5:1的玛瑙管(球磨珠为玛瑙)中，在行星球磨机上球磨10h得到固含量（质量分数）为68%浆料；利用10ppi、30ppi的聚氨酯泡沫裁剪成2×2×1cm的规格分别浸入浆料中后拿出，采用滚压和气吹的方式挤去多余浆料，如此反复一至两次，置于110℃干燥箱中12h，取出后再进行二次挂浆，用离心的方式除去多余浆料，再置于100℃干燥箱中10h，得到泡沫陶瓷预制体；将泡沫陶瓷预制体放入真空电阻炉中，抽真空通氩气进行气体保护，室温至200℃，升温速率10℃/min，温度在200℃~600℃升温速率1℃/min，高温烧结600℃~1600℃，升温速率10℃/min，保温时间3h，得到莫来石/碳化硅复相泡沫陶瓷，使用10ppi的泡沫载体孔隙率87%，抗压强度2.9MPa，使用30ppi的泡沫载体孔隙率80%，抗压强度5.5MPa。

实施例3。

将重量比分别为40%：30.84%：26.01%：0.2%：0.06%：3.07%的碳化硅粉、高岭土、氧化铝、羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺、淀粉溶于去离子水，再置于球料比为1.5:1的玛瑙管(球磨珠为玛瑙)中，在行星球磨机上球磨12h得到固含量（质量分数）为70%浆料；利用10ppi、30ppi的聚氨酯泡沫裁剪成2×2×1cm的规格分别浸入浆料中后拿出，采用滚压和气吹的方式挤去多余浆料，如此反复一至两次，置于110℃干燥箱中12h，取出后再进行二次挂浆，用离心的方式除去多余浆料，再置于120℃干燥箱中12h，得到泡沫陶瓷预制体；将泡沫陶瓷预制体放入真空电阻炉中，抽真空通氩气进行气体保护，室温至200℃，升温速率10℃/min，温度在200℃~600℃升温速率1℃/min，高温烧结600℃~1600℃，升温速率10℃/min，保温时间3h，得到莫来石/碳化硅复相泡沫陶瓷，使用10ppi的泡沫载体孔隙率80%，抗压强度3.3MPa，使用30ppi的泡沫载体孔隙率72%，抗压强度8.2MPa。