-0.09MPa后，向浸渍罐中通入锆溶胶，然后向浸渍罐中充入氮气使压力达到3MPa后，关闭氮气，保持压力4h，取出炭模板，使其在40°C陈化36h，然后置于90°C干燥箱内干燥12h，获得锆凝胶/炭复合材料。
[0037](4)将锆凝胶/炭复合材料置于高温炉中并通以氩气保护，以2°C /min的速率加热到1500°C，保温lh，然后自然降至室温，获得碳化锆木质陶瓷。
[0038]经测试，上述碳化锆木质陶瓷的密度为4.03±0.05g/cm3，弯曲强度为360±21MPa，断裂韧性为 3.2±0.3MPa.m0.5。
[0039]实施例3
[0040]本实施例以杉木为木质原料制备碳化锆木质陶瓷:
[0041](I)将杉木粉碎至400目，调湿至含水率为10% (质量分数)，用平板硫化机在金属模具内热压成型，成型温度130°C、成型时间控制在40分钟，获得密度为0.96g/cm3的坯体。将上述坯体置于高温炭化炉中，以2°C /min的速度升温至900°C，保温碳化2h，获得炭模板。
[0042](2)将10g硝酸氧锆溶于乙醇和水(体积比为2: I)的混合溶剂中，控制锆盐溶液浓度在0.4mol/l。按乙酸与硝酸氧锆摩尔比例为1: 2称取螯合剂乙酸，加入至上述锆盐溶液中，搅拌使其混合均匀，然后向混合液中滴加氨水，调节混合溶液的pH值在6-7之间，进一步将混合溶液置于90°C的恒温水浴锅中搅拌加热，反应4h，得到锆溶胶。
[0043](3)截取上述多孔炭模板一定尺寸放入浸渍罐中，抽取真空，使罐内压力达到-0.09MPa后，向浸渍罐中通入锆溶胶，然后向浸渍罐中充入氮气使压力达到2MPa后，关闭氮气，保持压力3h，取出炭模板，使其在30°C陈化24h，然后置于80°C干燥箱内干燥24h，获得锆凝胶/炭复合材料。
[0044](4)将锆凝胶/炭复合材料置于高温炉中并通以氩气保护，以3°C /min的速率加热到1600°C，保温4h，然后自然降至室温，获得碳化锆木质陶瓷。
[0045]经测试，上述碳化锆木质陶瓷的密度为4.64±0.05g/cm3，弯曲强度为412±18MPa，断裂韧性为 3.8±0.2MPa.m0.5。
[0046]实施例4
[0047]本实施例以玉米秸杆为木质原料制备碳化锆木质陶瓷:
[0048](I)将玉米秸杆粉碎至80目，干燥至含水率为6% (质量分数)，采用连续辊压法在180°C的温度下将上述秸杆粉制成密度为0.71g/cm3的坯体。将上述坯体置于高温炭化炉中，以1°C /min的速度升温至700°C，保温碳化2h，获得炭模板。
[0049](2)将10g氧氯化锆溶于乙醇和水(体积比为1:1)的混合溶剂中，控制锆盐溶液浓度在0.3mol/l。按乙酸与氧氯化锆摩尔比例为1: 2称取螯合剂乙酸，加入至上述锆盐溶液中，搅拌使其混合均匀，然后向混合液中滴加氨水，调节混合溶液的pH值在6-7之间，进一步将混合溶液置于70°C的恒温水浴锅中搅拌加热，反应5h，得到锆溶胶。
[0050](3)截取上述多孔炭模板一定尺寸放入浸渍罐中，抽取真空，使罐内压力达到-0.09MPa后，向浸渍罐中通入锆溶胶，然后向浸渍罐中充入氮气使压力达到IMPa后，关闭氮气，保持压力12h，取出炭模板，使其在50°C陈化8h，然后置于80°C干燥箱内干燥24h，获得锆凝胶/炭复合材料。
[0051](4)将锆凝胶/炭复合材料置于高温炉中并通以氩气保护，以5°C /min的速率加热到1400°C，保温5h，然后自然降至室温，获得碳化锆木质陶瓷。
[0052]经测试，上述碳化锆木质陶瓷的密度为3.32±0.05g/cm3，弯曲强度为290±15MPa，断裂韧性为 2.6±0.3MPa.m0.5。
[0053]实施例5
[0054]本实施例以甘蔗渣为木质原料制备碳化锆木质陶瓷:
[0055](I)将甘蔗渣粉碎至300目，干燥至含水率为5% (质量分数)，用平板硫化机在金属模具内热压成型，成型温度170°C、成型时间控制在60分钟，获得密度为0.9g/cm3的坯体。将上述坯体置于高温炭化炉中，以1°C /min的速度升温至1000°C，保温碳化5h，获得炭模板。
[0056](2)将10g氧氯化锆溶于乙醇和水(体积比为1: 5)的混合溶剂中，控制锆盐溶液浓度在0.5mol/l。按柠檬酸与氧氯化锆摩尔比例为1: 3称取螯合剂柠檬酸，加入至上述锆盐溶液中，搅拌使其混合均匀，然后向混合液中滴加氨水，调节混合溶液的PH值在6-7之间，进一步将混合溶液置于90°C的恒温水浴锅中搅拌加热，反应5h，得到锆溶胶。
[0057](3)截取上述多孔炭模板一定尺寸放入浸渍罐中，抽取真空，使罐内压力达到-0.09MPa后，向浸渍罐中通入锆溶胶，然后向浸渍罐中充入氮气使压力达到IMPa后，关闭氮气，保持压力24h，取出炭模板，使其在50°C陈化48h，然后置于120°C干燥箱内干燥24h，获得锆凝胶/炭复合材料。
[0058](4)将锆凝胶/炭复合材料置于高温炉中并通以氩气保护，以10°C /min的速率加热到1800°C，保温lh，然后自然降至室温，获得碳化锆木质陶瓷。
[0059]经测试，上述碳化锆木质陶瓷的密度为3.51±0.06g/cm3，弯曲强度为330±15MPa，断裂韧性为 2.8±0.4MPa.m°.5。
[0060]实施例6
[0061]本实施例以棉花秸杆为木质原料制备碳化锆木质陶瓷
[0062](I)将棉花秸杆粉碎至500目，干燥至含水率为2% (质量分数)，用平板硫化机在金属模具内热压成型，成型温度220°C、成型时间控制在50分钟，获得密度为0.92g/cm3的坯体。将上述坯体置于高温炭化炉中，以4°C /min的速度升温至1200°C，保温碳化5h，获得炭模板。
[0063](2)将10g硝酸锆盐溶于乙醇和水(体积比为1: 2)的混合溶剂中，控制锆盐溶液浓度在0.5mol/l。按乙酸与硝酸锆摩尔比例为3: I称取螯合剂乙酸，加入至上述锆盐溶液中，搅拌使其混合均匀，然后向混合液中滴加氨水，调节混合溶液的pH值在6-7之间，进一步将混合溶液置于50°C的恒温水浴锅中搅拌加热，反应5h，得到锆溶胶。
[0064](3)截取上述多孔炭模板一定尺寸放入浸渍罐中，抽取真空，使罐内压力达到-0.09MPa后，向浸渍罐中通入锆溶胶，然后向浸渍罐中充入氮气使压力达到4MPa后，关闭氮气，保持压力2h，取出炭模板，使其在40°C陈化24h，然后置于80°C干燥箱内干燥24h，获得锆凝胶/炭复合材料。
[0065](4)将锆凝胶/炭复合材料置于高温炉中并通以氩气保护，以1°C /min的速率加热到1400°C，保温10h，然后自然降至室温，获得碳化锆木质陶瓷。
[0066]经测试，上述碳化锆木质陶瓷的密度为3.93±0.04g/cm3，弯曲强度为354±21MPa，断裂韧性为 3.3±0.2MPa.m°.5。
[0067]最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
【主权项】
1.一种制备碳化锆木质陶瓷的方法，以锆溶胶和生物质材料为基材，其特征在于具体包括以下步骤: (1)将生物质材料粉碎至50-800目，调整含水率至1%-10%后，进行压缩获得密度0.5-1.2g/cm3的还体，置于高温炭化炉中，以1_10°C /min的速度升温至500-1800°C，保温碳化l_5h，即可得到一种具有网络多孔特征的炭模板； (2)将含锆的无机盐溶于乙醇和水的混合溶剂中即可制得一种锆盐溶液，锆盐溶液浓度控制在0.1-0.5mol/l ;按螯合剂与无机锆盐摩尔比例为3: 1-1: 3向上述锆盐溶液中加入螯合剂，搅拌使其混合均匀，即可制得一种混合液，然后向混合液中滴加氨水，调节混合溶液的PH值在6-7之间，进一步将混合溶液置于50-90°C的恒温水浴锅中搅拌加热，反应l-5h，得到锆溶胶； (3)将步骤(I)所得的炭模板置于浸渍罐中，抽取真空，使罐内压力达到-0.09MPa后，向浸渍罐中通入锆溶胶，然后向浸渍罐中充入氮气使压力达到1-SMPa后，关闭氮气，待锆溶胶充分浸渍炭模板后，取出炭模板，使其在30-50°C陈化l_48h，然后置于80-150°C干燥箱内干燥l_24h，获得锆凝胶/炭复合材料； (4)将锆凝胶/炭复合材料置于高温炉中并通以氩气保护，以1-10°C/min的速率加热到一定的反应温度，保温一段时间，然后自然降至室温，获得碳化锆木质陶瓷。2.根据权利要求1所述的一种制备碳化锆木质陶瓷的方法，所述步骤(I)中的生物质材料为木材、棉花秸杆、玉米秸杆、谷壳、稻草、甘蔗渣或其他含有木质素的原料。3.根据权利要求1所述的一种制备碳化锆木质陶瓷的方法，所述步骤(I)中的压缩为热压或辊压，压缩成型的温度为110-250°C。4.根据权利要求1所述的一种制备碳化锆木质陶瓷的方法，所述步骤(2)中的含锆的无机盐为硝酸氧锆、氧氯化锆或硝酸锆，所述混合溶剂中乙醇和水的体积比为5: 1-1: 5，所述螯合剂为乙酸或柠檬酸。5.根据权利要求1所述的一种制备碳化锆木质陶瓷的方法，所述步骤(3)中的锆溶胶的浸渍时间为l_24h。6.根据权利要求1所述的一种制备碳化锆木质陶瓷的方法，所述步骤(4)中的反应温度范围为600-1800°C，保温时间是1-1Oh。
【专利摘要】本发明公开了一种制备碳化锆木质陶瓷的方法，该方法包括如下步骤：(1)将生物质材料粉碎至50-800目，调整含水率至1％-10％后，采用热压成型或辊压成型制成坯体，进一步炭化后获得炭模板；(2)采用硝酸氧锆、氧氯化锆、硝酸锆等无机锆盐为锆源，乙酸或柠檬酸为螯合剂、水和乙醇为溶剂制备锆溶胶；(3)将锆溶胶渗透到上述所得的炭模板中，干燥后，在一定的温度下热处理即获得碳化锆木质陶瓷。本发明制备的碳化锆木质陶瓷具有高比表面、高力学强度、多孔、抗热冲击强、膨胀系数小的特性，以及良好的隔热、耐腐蚀、耐磨擦磨损、电磁屏蔽等优异性能。同时，本制备方法，工艺简单，原料廉价易得。
【IPC分类】C04B35/622, C04B35/56
【公开号】CN105060894
【申请号】CN201510490831
【发明人】武海棠, 张军华, 刘艳萍
【申请人】西北农林科技大学
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年8月5日