和低温烧成工序，获得性能可控的碳化硅泡沫陶
bL.Ο
[0026]与现有的碳化硅泡沫陶瓷工艺比较，本发明的有益效果是:
[0027](1)不添加陶瓷骨料，直接通过调控固态PCS先驱体与二甲苯溶剂的配比形成粘度可调的浆料，通过后续的挂楽、固化、脱模和热处理，在1000°c以下制备出结构均勾、高性能的泡沫陶瓷，工艺简单、原料成本低、技术风险低；
[0028](2)聚碳硅烷浆料在空气中固化处理后，在分子结构中引入了 8wt%以上的氧。因而在高温热处理完成后，泡沫陶瓷中也含有约10被％以上的氧，陶瓷结构为热解碳和SiC微晶弥散于非晶态S1-c-o的结构。与纯SiC结构相比，该非晶结构的均匀性更高，具有较好的机械性能，且在1000°c以下的热稳定性好，是一种新型的高温结构材料。
[0029](3)通过调整交联固化温度和保温时间，可改变泡沫陶瓷的氧含量，从而调控泡沫陶瓷微观结构，最终实现对其导电性能、导热性能的调控。
[0030](4)在一定的温度和保温条件下，压稳相SiCx0y进一步按照如下反应方程式分解:
[0031]SiCx0y—SiC+C0+Si0
[0032]则产生气体的会在陶瓷结构中形成纳米级微孔，通过调整热处理工艺(热解温度适量低、保温时间适量长)，可将气体分解产生的纳米级微孔保留在陶瓷结构中，进而形成包含跨尺度孔径的复杂结构，进一步拓宽其作为多孔陶瓷材料的应用。
【附图说明】
[0033]图1为利用先驱体转化工艺制备SiC泡沫陶瓷断口 SEM照片。在图1中，(a)为低倍图像；(b)为高倍图像。
【具体实施方式】
[0034]下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
[0035]实施例1
[0036](1)采用Yajima路线制备固态聚碳硅烷㈧，凝胶渗透色谱仪(GPC)测得的数均分子量为Μη = 996，熔点仪测得的熔点为191°C。
[0037](2)将30g(A)置于30ml 二甲苯中，超声lOmin，而后再磁力搅拌30min，直至二者混合均匀，即形成粘度1.5Pa.S的透明浆料⑶。
[0038](3)将孔径为0.5mm的聚氨酯有机泡沫，剪裁为lOmmX lOmmX 10mm的试样，置于浓度为15%的氢氧化钠溶液中静置2.5h，然后将其取出，洗净，获得预处理的聚氨酯有机泡沫模板(C)。
[0039](4)将(C)置于(B)中，利用平板磨具反复碾压使浆料浸润有机模板，而后通过碾压排除多余浆料，而后在空气中室温下静置24h，形成挂浆产物(D)。
[0040](5)另取(A)30g，向其中加入60ml 二甲苯，形成粘度为0.8Pa.S的浆料(E)
[0041](6)将(D)置于(E)中，静置20min，利用离心工艺，完成二次挂浆，而后在80°C烘干5h以上，形成挂浆产物(F)。
[0042](7)将(F)放入鼓风烘箱中，在流动空气中以1°C /min的速度升温到200°C，并在200°C保温3h，使浆料固化，获得产物(G)。
[0043](8)将(G)放入高温炉中，然后在队气氛下以2°C /min升温至500 °C，以5°C /min升温至900°C，保温lh，获得泡沫陶瓷(Η)。
[0044]扫描电子显微镜(SEM)观察结果如图1所示，所得的SiC泡沫陶瓷分为毫米级孔(图a)及纳米级孔(图b)，各级径孔径分布均匀。
[0045]显气孔率测试显示，该泡沫陶瓷的显气孔率为85% ;抗压强度测试结果显示，该泡沫陶瓷的抗压强度为1.6MPa。图1为经过压缩强度测试的断口试样扫描电子显微镜照片。可见所得的SiC泡沫陶瓷分为毫米级孔(图a)及纳米级孔(图b)，各级孔的孔径分布均匀。
[0046]实施例2
[0047]步骤(1)?(7)同实施例1。
[0048](8)将前7步获得产物放入高温炉中，然后在队气氛下以2 °C /min升温至500度，以5°C /min升温至800°C，保温lh，获得泡沫陶瓷(I)。
[0049]实施例3
[0050]步骤(1)?(7)同实施例1。
[0051](8)将前7步获得产物放入高温炉中，然后在队气氛下以2 °C /min升温至500度，以5°C /min升温至1200°C，保温lh，获得泡沫陶瓷(J)。
【主权项】
1.一种先驱体转化碳化硅泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于包括以下步骤: 1)制备固态聚碳硅烷； 2)将固态聚碳硅烷与二甲苯溶液混合，得浆料A; 3)将聚氨酯有机泡沫置于氢氧化钠溶液中静置，去除多余的有机泡沫间膜，然后将泡沫取出，洗净，获得预处理的聚氨酯有机泡沫模板； 4)将步骤3)预处理的聚氨酯有机泡沫模板置于步骤2)所得浆料A中，利用平板模具反复碾压，使浆料A浸润预处理的聚氨酯有机泡沫模板，而后排除多余浆料A，形成挂浆产物A ; 5)在固态聚碳硅烷中继续加入二甲苯，得浆料B; 6)将挂浆产物置于浆料B中浸渍，离心，得挂浆产物B，完成二次挂浆； 7)将挂浆产物B放入鼓风烘箱中，在流动空气中升温到180?200°C，并保温1?5h，使浆料交联固化，获得产物G; 8)将产物G放入高温炉中，然后在N2气氛下以2°C/min的速度升温至500°C，再以5°C /min的速度升温至800?1200°C，保温0.5?5h，即得先驱体转化碳化硅泡沫陶瓷。2.如权利要求1所述一种先驱体转化碳化硅泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述固态聚碳硅烷的数均分子量Μη为900?1200，软化点为180?250°C。3.如权利要求1所述一种先驱体转化碳化硅泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于在步骤2)中，所述浆料A的粘度为1?3Pa.S。4.如权利要求1所述一种先驱体转化碳化硅泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于在步骤3)中，所述聚氨酯有机泡沫采用孔径为0.2?0.8mm的聚氨酯有机泡沫。5.如权利要求1所述一种先驱体转化碳化硅泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于在步骤3)中，所述氢氧化钠溶液的质量百分浓度为15%;所述静置的时间可为2?5h。6.如权利要求1所述一种先驱体转化碳化硅泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于在步骤4)中，所述排除多余浆料A采用碾压排除多余浆料A，而后在空气中室温下静置24h;或 采用离心排除多余浆料A，而后在80°C烘干5h以上。7.如权利要求1所述一种先驱体转化碳化硅泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于在步骤5)中，所述浆料B的粘度为0.3?2Pa.S。8.如权利要求1所述一种先驱体转化碳化硅泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于在步骤6)中，所述浸渍的时间为20min以上。9.如权利要求1所述一种先驱体转化碳化硅泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于在步骤6)中，所述完成二次挂浆是在空气中室温下静置24h或在80°C烘干5h以上。10.如权利要求1所述一种先驱体转化碳化硅泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于在步骤7)中，所述升温的速度为1°C/min。
【专利摘要】一种先驱体转化碳化硅泡沫陶瓷的制备方法，涉及碳化硅泡沫陶瓷。制备固态聚碳硅烷；将固态聚碳硅烷与二甲苯溶液混合得浆料A；将聚氨酯有机泡沫置于氢氧化钠溶液中静置，去除多余的有机泡沫间膜，泡沫取出后洗净，得预处理的聚氨酯有机泡沫模板，再置于浆料A中碾压，使浆料A浸润泡沫模板，排除多余浆料A，形成挂浆产物A；在固态聚碳硅烷中加入二甲苯，得浆料B；将挂浆产物置于浆料B中浸渍，离心，得挂浆产物B；将挂浆产物B放入鼓风烘箱中，在流动空气中升温到180～200℃，得产物G；将产物G放入高温炉中，在N2气氛下以2℃/min的速度升温至500℃，再以5℃/min的速度升温至800～1200℃，即得产物。
【IPC分类】C04B35/565, C04B38/08
【公开号】CN105272266
【申请号】CN201510851884
【发明人】李思维, 李永财, 徐浩南, 刘新雅, 张再冉, 汤明, 涂惠彬
【申请人】厦门大学
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年11月27日