三维互联大孔SiC陶瓷的制备

论文摘要

具有大孔结构的碳化硅陶瓷不仅可以在较严苛的环境下用作气体、液体（如熔融金属）、固体颗粒的过滤材料,用于催化剂或吸附剂载体和物理与化学传感器等,还可以用于制备三维网络Sic/金属（或有机材料）复合材料。因此,大孔碳化硅陶瓷制备技术受到了人们的关注。本论文分别通过无模板法和有模板法制备大孔SiC陶瓷。对于无模板法,本论文提出了减压法制备工艺,研究了碳化硅与聚乙烯醇质量比、表面活性剂用量和减压体积膨胀倍数对孔结构和尺寸的影响；对于有模板法,本论文研究了黏结剂和消泡剂对聚氨酯泡沫浸渍法制备多孔陶瓷结构的影响；而通过酚醛树脂碳化工艺可对聚氨酯泡沫热分解后留下的筋孔缺陷进行控制。实验结果表明：聚乙烯醇凝胶辅助成孔法通过改变搅拌速度、表面活性剂用量、PVA浓度这些因素使孔结构得到改善、提高了孔的联通度,烧结后的样品平均孔径在0.3mm以下；减压法可以通过改变SiC与PVA的质量比、体积膨胀倍数、表面活性剂用量,使样品在烧结后获得孔径尺寸平均值在0.5-1.0mm的三维互联大孔SiC陶瓷,其孔径最大尺寸平均值可达0.95 mm。兼顾孔径尺寸和孔径均匀性,较佳的实验条件为：w（SiC）/w（PVA）比值为0.32,体积膨胀倍数为三倍,不添加表面活性剂,其气孔率为83.82%,抗压强度为1.8 MPa；本实验通过调节黏结剂和消泡剂的含量,制备出固相含量高、流动性与触变性好的浆料,解决了样品表面开裂和存在气泡的问题,抗压强度最大值可达0.52 MPa；证实了浸渍过酚醛树脂乙醇溶液的聚氨酯泡沫碳化后得到的碳骨架可以较好的复制聚氨酯泡沫的三维网络结构,并且可以通过碳骨架与液相硅反应制备出大孔碳化硅陶瓷。低温碳化处理有利于使大孔碳化硅陶瓷的孔筋更加致密,可以减小筋孔尺寸,甚至消除筋孔。论文结果对于大尺寸多孔SiC陶瓷材料的生产和应用具有一定的指导价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 碳化硅多孔陶瓷的特点
• 1.3 多孔陶瓷的制备方法
• 1.3.1 有机泡沫浸制法
• 1.3.2 发泡法
• 1.3.3 添加造孔剂法
• 1.3.4 固态粒子烧结法
• 1.3.5 挤压成型法
• 1.3.6 溶胶-凝胶法
• 1.3.7 机械搅拌法
• 1.3.8 离子交换法
• 1.3.9 自蔓延高温合成工艺
• 1.3.10 升华干燥工艺
• 1.3.11 凝胶注模工艺
• 1.4 碳化硅多孔陶瓷的国内外研究现状
• 1.5 碳化硅多孔陶瓷的应用
• 1.6 多孔陶瓷的分类
• 1.6.1 以组成材料为基准分类
• 1.6.2 以孔径尺寸为基准分类
• 1.6.3 以孔隙结构为基准分类
• 1.7 本论文研究意义和主要内容
• 第2章 无模板法制备三维互联大孔SiC陶瓷
• 2.1 引言
• 2.2 实验
• 2.2.1 实验原料
• 2.2.2 实验设备
• 2.3 聚乙烯醇凝胶辅助成孔（PAF）法
• 2.3.1 实验过程
• 2.3.2 实验结果与分析
• 2.3.3 实验小结
• 2.4 减压法结合PAF法
• 2.4.1 实验过程
• 2.4.2 性能检测
• 2.4.3 实验结果与分析
• 2.4.4 实验小结
• 2.5 本章小结
• 第3章 硬模板法制备三维互联大孔SiC陶瓷
• 3.1 引言
• 3.2 实验
• 3.2.1 实验原料
• 3.2.2 实验设备
• 3.2.3 实验过程
• 3.3 实验结果与分析
• 3.3.1 浆料性能的改进
• 3.3.2 烧结温度对多孔碳化硅陶瓷微观组织的影响
• 3.3.3 黏结剂PVA含量对多孔碳化硅陶瓷微观组织的影响
• 3.3.4 实验条件对多孔碳化硅陶瓷抗压性能的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 模板转化法制备三维互联大孔SiC陶瓷
• 4.1 引言
• 4.2 实验
• 4.2.1 实验原料
• 4.2.2 实验设备
• 4.2.3 实验方法
• 4.3 实验结果与分析
• 4.3.1 350℃低温处理不同时间对大孔SiC结构的影响
• 4.3.2 不同温度下低温处理相同时间对大孔Sic结构的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 实验结论
• 参考文献
• 致谢