本发明涉及一种陶瓷材料及其制造方法，尤其是一种碳化硅蜂窝陶瓷材料及其制造方法。
背景技术：
随着汽车工业的快速发展，汽车尾气对环境的污染问题日益突出，我们所生活的环境中pm严重威胁到了人类健康。而柴油车微粒捕集器dpf是国际公认有效的柴油车尾气处理技术，也是目前国际上最实用的柴油机排气微粒处理技术之一。目前颗粒捕集器主要有一下三种：堇青石、碳化硅、钛酸铝三种，但目前运用最多为堇青石和碳化硅。
近年来，碳化硅材料由于优异的耐热、耐腐蚀、热膨胀系数低和高热导率作为一种新型的柴油车尾气颗粒物过滤材料获得了迅速发展，且碳化硅材料具有高孔隙、强热扩散能力的优点，可使过滤器内的温度场分布均匀，在相同积碳量再生时，碳化硅颗粒捕集器在再生过程中的再生效果和稳定效果都优于堇青石材料。此外，碳化硅颗粒捕集器的碳烟负载量远优于堇青石(碳化硅碳样负载为10-12g/l左右，堇青石为4-6g/l左右)。因此，碳化硅蜂窝陶瓷材料越来越受到人们的关注，且大量使用于汽车尾气进化处理中。
日本ibiden公司在1993年率先研发出壁流式重结晶碳化硅(recrystal-iizedsic,rsic)，并于2000年生产出rsic-dpf作为尾气过滤材料和催化剂载体投入市场应用。rsic材料是把sic在2200℃高温下，用氦气等惰性气体进行保护，经蒸发，重结晶等过程烧制而成的。日本ngk公司在2000年成功研制了硅结合的碳化硅(sicbondedbysi-metal,si-sic)，si-sic是把硅填充到sic颗粒中间，在1800℃左右，用惰性气体进行保护，烧结而成。以上两种碳化硅陶瓷材由于其良好的使用性能，在尾气处理上有着良好的表现，但是由于他们生产工艺复杂，烧结温度高，控制复杂，对生产设备要求很苛刻，耗能太高，因此产品价格居高不下，限制了载体的运用。
技术实现要素：
为了解决现有技术存在的不足，本发明提供一种低温烧结的碳化硅蜂窝陶瓷材料及其制备方法，能够在较低的温度下制备出具有蜂窝结构、低热膨胀系数、高机械强度以及适宜的孔隙率和孔径分布的碳化硅蜂窝陶瓷材料。
为实现上述目的，本发明提供的碳化硅蜂窝陶瓷材料，包括碳化硅粉、陶瓷复合材料、造孔剂、润滑剂、分散剂、挤压助剂，以及水；
其中，所述陶瓷复合材料粉，进一步包括：氧化钛、金属铝和含硼化合物。
进一步地，按质量份计算，所述碳化硅粉100份、所述陶瓷复合材料粉4-50份、所述造孔剂10-35份、所述润滑剂1-5份、所述分散剂0.2-1份、所述挤压助剂0.2-1份、所述水23-40份。
进一步地，所述碳化硅粉为碳化硅质量百分比含量在99.0％以上的两种或两种以上颗粒度相差200目以上的不同碳化硅粉组成。
进一步地，所述陶瓷复合材料粉按质量份计算，所述氧化钛1-15份、所述含硼化合物1-20份、所述金属铝粉1-15。
进一步地，所述含硼化合物为硼砂、硼酸钠、碳化硼、硼化钛、硼酸、硼酸钾、氧化硼中的一种或多种。
进一步地，所述的造孔剂为面粉、石墨、土豆粉、淀粉、纤维素、石蜡、pmma中的一种或多种，其中，所述纤维素为羧甲基纤维素、羟甲基纤维素中的一种或两种。
进一步地，所述的润滑剂为润滑油、机油、亚麻油和菜籽油中的一种或多种。
进一步地，所述的分散剂是指两亲化合物中油酸、月桂酸钾中的一种或多种。
更进一步地，所述挤压助剂为油酸、月桂酸钾、月桂酸钾皂、甘油、聚乙二醇中的一种或多种。
为实现上述目的，本发明提供的碳化硅蜂窝陶瓷材料的制备方法包括以下步骤：
低温烧结的碳化硅蜂窝陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
1)按量称取所需的组分，并将造孔剂和水通过搅拌混合成糊料；
2)将碳化硅粉、陶瓷复合材料粉以及糊料进行搅拌混粉，然后加入润滑剂、分散剂、挤压助剂再进行搅拌，形成泥料；
3)将泥料挤压成型，干燥后得到碳化硅蜂窝陶瓷坯体；
4)对碳化硅蜂窝陶瓷依次进行错位堵孔形成碳化硅蜂窝陶瓷堵孔坯体；
5)对碳化硅蜂窝陶瓷堵孔坯体装炉，将温度从室温升至900～1500℃，停止加热，随炉冷却至室温,制备出所需的碳化硅蜂窝陶瓷材料。
进一步地，所述步骤5)进一步包括以下步骤：将堵好孔的碳化硅蜂窝陶瓷坯体装炉；以小于3℃/min的速率从室温升到100～200℃；以小于2.5℃/min的速率升温到500～700℃，保温1～5h；以小于2℃/min的速率升温至850～1000℃，保温1～5h；以小于3℃/min的速率升温至900～1500℃，停止加热，随炉冷却至室温,制备出所需的碳化硅蜂窝陶瓷材料。
进一步地，所述步骤5)进一步包括以下步骤：：以2.2℃/min的升温速率从室温升到200℃；以1.87℃/min的升温速率上升到650℃，保温2h；以1.67℃/min升至950℃，保温2h；以1.67℃/min升至1100℃，保温4h；停止加热，随炉冷却至室温,制备出所需的碳化硅蜂窝陶瓷材料。
对本发明提供的碳化硅蜂窝陶瓷材料进行了详细的试验，试验结果表明：
(1)烧结后的碳化硅蜂窝陶瓷材料，在室温至800℃热膨胀系数为：3.5～4.9×10-6℃-1；
(2)烧结后的碳化硅蜂窝陶瓷材料进行孔径测量，其80％以上的微孔直径为5-32um，中值孔径为10-20um,孔容积为0.3-0.35cc/g；烧结后的碳化硅蜂窝陶瓷材料的微孔孔隙率为43-55％；
(3)烧结后的碳化硅蜂窝陶瓷材料壁厚为0.10-0.55mm，本发明的碳化硅蜂窝陶瓷材料每平方厘米的孔数为3.8-62个，其机械强度为轴向≥8mpa，横向≥1.5mpa，45°方向≥0.3mpa；
本发明所述的碳化硅蜂窝陶瓷材料，具有烧结温度低、成本经济、工艺简单等优点，很好的降低了对烧结设备的要求，大大节省能源，降低消耗，环保有利，同时碳化硅颗粒捕集器在使用过程中捕集效果和再生效果都达到了理想状态，有巨大的经济效益和应用前景。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
附图说明
图1为根据本发明的低温烧结的碳化硅蜂窝陶瓷材料制备方法流程图；
图2为根据本发明的碳化硅蜂窝陶瓷材料室温到800℃时的热膨胀曲线图；
图3为根据本发明的碳化硅蜂窝陶瓷材料的xrd图谱；
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
为实现上述目的，本发明提供的碳化硅蜂窝陶瓷材料，包括碳化硅粉、陶瓷复合材料、造孔剂、润滑剂、分散剂、挤压助剂以及水；
本发明所提供的碳化硅蜂窝陶瓷材料是由下述质量份数的原料制备成的：碳化硅粉100份，陶瓷复合材料4-50份，造孔剂10-35份，润滑剂1-5份，分散剂0.2-1份，挤压助剂0.2-1份，水23-40份。
所述的碳化硅粉为碳化硅含量在99.0％(质量百分比)以上的两种或两种以上颗粒度相差200目以上的不同碳化硅组成；大颗粒的碳化硅和小颗粒碳化硅的混合质量比为1:1到1:9；
所述陶瓷复合材料为氧化钛、金属铝粉和含硼化合物等多种粉末材料组成，其中氧化钛纯度≥99％(质量百分比)，其比例为1-15质量份；含硼化合物纯度≥99.5％(质量百分比)，其比例为1-20质量份；金属铝粉纯度≥99％(质量百分比)，其比例为1-15质量份。此三种粉料在一定的温度下发生反应，生成钛和硼的化合物，此化合物即能将碳化硅粉烧结起来，又不改变碳化硅具有的优良特性，同时烧结后的碳化硅材料热膨胀系数也很低；
所述含硼化合物为硼砂、硼酸钠、碳化硼、硼化钛、硼酸、硼酸钾、氧化硼等的一种或多种；
所述的造孔剂为面粉、石墨、土豆粉、淀粉、纤维素、石蜡、pmma等的一种或多种，其中面粉首先需要通过在80-120℃温度下进行练糊，使其形成具有一定塑性的糊料，再将其加入到陶瓷粉料中，另外纤维素主要为羧甲基纤维素、羟甲基纤维素中的一种或两种；
所述的润滑剂为润滑油、机油、亚麻油、菜籽油等的一种或多种；
所述的分散剂是指油酸、月桂酸钾等两亲化合物的一种或多种；
所述的挤压助剂为油酸、月桂酸钾、月桂酸钾皂、甘油、聚乙二醇等的一种或多种；
所述的水是指一次以上的蒸馏水或电阻率大于15mω的去离子水；
表1为实施例1～30的具体原料种类和相应配比(以主要碳化硅粉为100份计，其他原料份数为占主要原料总量的比重)：
表1实施例1-30的具体原料的比例
图1为根据本发明的低温烧结碳化硅蜂窝陶瓷材料制备方法流程图，下面将参考图1，对本发明的低温烧结碳化硅蜂窝陶瓷材料制备方法进行详细描述。
首先，步骤101，原料称量：按上述配比称量各组分；
步骤102，练糊：将造孔剂和水通过搅拌混合成浆料，在80-120℃下加热搅拌，称为糊料；
步骤103，混料：将碳化硅粉、陶瓷复合材料粉倒入搅拌机中进行混粉，搅拌30-60min；将步骤(2)制备好的糊料转移到搅拌机中，然后加入润滑剂、分散剂、挤压助剂，继续搅拌40-70min；
步骤104，练泥：对制备好的泥料进行混练和筛分，将泥料里面的杂质等除去，得到具有一定可塑性的均匀的泥料；
步骤105，挤压成型：将泥料挤压成型，挤成每平方厘米的孔数为3.8-62个的碳化硅蜂窝陶瓷素坯，经过预设的干燥方法进行干燥，得到碳化硅蜂窝陶瓷坯体；
步骤106，堵孔：对碳化硅蜂窝陶瓷依次进行错位堵孔形成碳化硅蜂窝陶瓷堵孔坯体；
步骤107，烧结：将堵好孔的碳化硅蜂窝陶瓷坯体装炉，以小于3℃/min的速率从室温升到100～200℃；以小于2.5℃/min的速率升温到500～700℃，保温1～5h；以小于2℃/min的速率升温至850～1000℃，保温1～5h；以小于3℃/min的速率升温至900～1500℃，停止加热，随炉冷却至室温,制备出所需的碳化硅蜂窝陶瓷材料；
步骤108，拼接：将烧结好的碳化硅蜂窝陶瓷材料使用粘接料拼接起来，制备出所需尺寸的碳化硅颗粒捕集器。
优选地，步骤107烧结过程为：1、以2.2℃/min的升温速率从室温升到200℃；2、以1.87℃/min的升温速率上升到650℃，保温2h；3、以1.67℃/min升至950℃，保温2h；4、以1.67℃/min升至1100℃，保温4h；5、停止加热，最后随炉冷却。不同烧结温度下，载体的性能参数见表2。
表2烧结温度与载体性能关系表
本发明所制备的碳化硅蜂窝陶瓷材料具有蜂窝状的多孔烧结体，室温到800℃时，热膨胀系数为3.5～4.9×10-6℃-1，优选地，可达到4.0～4.7×10-6℃-1；本发明的碳化硅蜂窝陶瓷材料每平方厘米的孔数为3.8-62个，优选地，每平方厘米的孔数为10.85-46.5个；孔壁厚度为0.10-0.55mm，优选地0.30～45mm。
对比以上不同温度下烧结的碳化硅蜂窝陶瓷材料，烧结温度自950℃开始，直到1400℃，由上表可以看出，随着烧结温度的提高，载体从室温到800℃时，热膨胀系数由烧结温度为950℃时的4.81×10-6℃-1降到了1400℃的3.61×10-6℃-1；载体的抗压强度由烧结温度为950℃时轴向10.1mpa，横向1.5mpa，45°方向0.35mpa，提升到1400℃时轴向28mpa，横向15mpa，45°方向2mpa；但吸水率由30.19％降低到21.6％，孔隙率由48.78％降到了37.18％。
图2为根据本发明的碳化硅蜂窝陶瓷材料室温至800℃的热膨胀曲线图，如图2所示，曲线a-f为室温到800℃的热膨胀系数，对应的热膨胀系数为a:4.81×10-6℃-1；b:4.76×10-6℃-1；c:4.65×10-6℃-1；d:4.43×10-6℃-1；e:4.03×10-6℃-1；f:3.61×10-6℃-1；曲线a-f对应烧结温度为a:950℃；b:1000℃；c:1100℃；d:1200℃；e:1300℃；f:1400℃。
图3为根据本发明的碳化硅蜂窝陶瓷材料的xrd图谱，如图3所示，2θ为36°左右时出现了碳化硅主峰且峰强度很大，说明所制备出的材料主要为碳化硅；2θ为27°左右时出现微弱的二硼化钛峰，说明陶瓷复合材料在一定温度下形成了二硼化钛，此化合物即能将碳化硅粉烧结起来，又不改变碳化硅具有的优良特性，同时烧结后的碳化硅材料热膨胀系数也很低。
本领域普通技术人员可以理解：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。