一种高孔隙率高强度低导热率多孔SiC陶瓷及其制备方法

文档序号:26104011发布日期:2021-07-30 18:15阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种高孔隙率高强度低导热率多孔sic陶瓷的制备方法,其特征在于,具体包括以下步骤:

步骤1,球磨碳纤维:

选取商用碳纤维,将商用碳纤维与无水乙醇置于球磨罐中,在滚筒式球磨机中进行球磨处理,得到稳定的混合浆料;

步骤2,预制碳纤维:

将步骤1制得的混合浆料置于培养皿中,使混合浆料中的无水乙醇在空气中挥发,随即得到预制碳纤维;

步骤3,配制先驱体浆料:

将室温下结晶的莰烯置于烧杯中,将烧杯置于水浴搅拌锅中,温度保持在60-80℃,使莰烯转化成液体状,做为溶剂,随后加入聚碳硅烷粉末和预制碳纤维,混合得到先驱体浆料,共配制n≥2组先驱体浆料,标记为t1,t2,t3,…,tn-1,tn,其中第n组中聚碳硅烷粉末与预制碳纤维的体积比小于第n-1组;

步骤4,加热搅拌:

将步骤3配制的先驱体浆料在60-80℃下搅拌3-6h,得到均匀的混合先驱体浆料;

步骤5,冷冻:

将步骤4得到的先驱体浆料进行超声处理除去其中的气泡后,进行冷冻处理,冷冻采用定向冷冻,采用冷冻模具冷冻,冷冻模具的侧壁为管状保温材料,底面为导热金属,冷冻方向为垂直于地面向上,冷冻模具共n≥2组,分别标记为m1,m2,m3,…,mn-1,mn,每次冷冻后获得的圆柱状复合冻结体分别标记为f1,f2,f3,…,fn-1,fn;

步骤6,真空冷冻干燥:

将步骤5得到的圆柱状复合冻结体fn在真空环境下冷冻干燥,使圆柱状复合冻结体fn中的溶剂结晶体升华,得到多孔坯体;

步骤7,热氧化固化:

将步骤6得到的多孔坯体在空气中进行180-200℃下1.5-2h的固化处理,使其内部形成交联的三维网络状结构以实现步骤6制得的多孔坯体的不熔化;

步骤8,热解:

将步骤7制备的固化后的多孔坯体置于真空管式炉中,在ar气保护条件下1000-1600℃热解1-2h,得到碳纤维增强多孔sic陶瓷;

步骤9,脱碳处理:

将步骤8制备的碳纤维增强多孔sic陶瓷置于箱式炉中,于350-600℃热处理1-2h,使碳纤维脱离出多孔sic陶瓷,从而得到高孔隙率、高强度、低导热率的多孔sic陶瓷。

2.根据权利要求1所述的一种高孔隙率高强度低导热率多孔sic陶瓷的制备方法,其特征在于,步骤1所述商用碳纤维直径dn=0.2-5μm,长度ln=20-100μm。

3.根据权利要求1所述的一种高孔隙率高强度低导热率多孔sic陶瓷的制备方法,其特征在于,步骤1所述球磨机的转速为300r/min,球磨时间为12h-24h。

4.根据权利要求1所述的一种高孔隙率高强度低导热率多孔sic陶瓷的制备方法,其特征在于,步骤3中所述莰烯取10g,聚碳硅烷粉末与预制碳纤维的总添加量为莰烯添加量的10-20vol%,聚碳硅烷粉末与预制碳纤维的体积比为2:1。

5.根据权利要求1所述的一种高孔隙率高强度低导热率多孔sic陶瓷的制备方法,其特征在于,步骤5中所述定向冷冻温度为-40~-20℃;冷冻模具为内径10mm,高度15mm的圆柱形石英管,冷冻时间t≥1h,底部冷源为导热铜板。

6.一种高孔隙率高强度低导热率多孔sic陶瓷,其特征在于,所述高孔隙率高强度低导热率多孔sic陶瓷采用如权利要求1-5任一项所述的一种高孔隙率高强度低导热率多孔sic陶瓷制备方法制备而成。


技术总结
本发明公开了一种高孔隙率高强度低导热率多孔SiC陶瓷及其制备方法,该制备方法包括球磨碳纤维,预制碳纤维,配制先驱体浆料,然后经过加热搅拌、冷冻、真空冷冻干燥,热氧化固化,最后经过热解、脱碳处理得到高孔隙率高强度低导热率多孔SiC陶瓷。该制备方法通过引入中空多孔SiC纤维做为孔壁单元,在保证多孔功能性和不降低多孔SiC孔隙率的前提下,提高多孔材料的抗压强度,解决了目前多孔SiC陶瓷在高孔隙率下压缩性能较低的缺点,并在一定程度上降低其热导率,制备得到的多孔SiC陶瓷在航空航天隔热材料领域具有广泛的应用前景。

技术研发人员:李福平;赵琳娜;赵康;党薇;汤玉斐;孟庆男;焦华
受保护的技术使用者:西安理工大学
技术研发日:2021.04.09
技术公布日:2021.07.30
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