一種抗氧化碳化硅陶瓷蜂窩陶瓷(專利)

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1、一種低膨脹高抗氧化性碳化硅多孔陶瓷及其制備工藝摘要：本發(fā)明為一種低膨脹系數(shù)、高抗氧化性、高孔隙率碳化硅多孔陶瓷配方及其制備方法。將片狀、不同粒度的碳化硅顆粒和各種添加劑混合，然后擠壓成型、干燥、燒結(jié)制備蜂窩陶瓷，其主要特征是在碳化硅晶體表面覆蓋有致密抗氧化性薄膜層，碳化硅晶體呈片狀或柱狀晶體定向排列、陶瓷整體有低的熱膨脹系數(shù)1.2～2.5×10-6（0～1200℃）和其碳化硅晶體表面覆蓋層與碳化硅熱膨脹系數(shù)的差異較?。?～1200℃，碳化硅晶體與其表面覆蓋層的熱膨脹系數(shù)比在0.7～1.2），且具有較高的導(dǎo)熱率（35～50W/mK），高抗氧

2、化性（干燥空氣中，氣流速度5～10L／，600～1400℃，初次72小時氧化增重率≤0.3wt％）及高達(dá)60～85vol％孔隙率。此外，本發(fā)明還具有的特征為配方制備工藝獨(dú)特、生產(chǎn)過程無污染和良好的工藝過程可操作性的特點(diǎn)。一、發(fā)明的名稱一種低膨脹高抗氧化性碳化硅多孔陶瓷及其制備工藝二、技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明屬環(huán)保材料和工業(yè)陶瓷生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，如輕質(zhì)耐火材料、多孔建筑陶瓷、高級汽車陶瓷生產(chǎn)制備領(lǐng)域，利用該技術(shù)生產(chǎn)的陶瓷主要應(yīng)用于建筑材料、氣體過濾、蓄熱體材料、耐磨材料、復(fù)合材料陶瓷基體等方面。三、背景技術(shù)碳化硅陶瓷因具有一定的抗氧化能力、較高的強(qiáng)度，因

3、此在工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。目前，關(guān)于制備碳化硅多孔陶瓷的專利資料數(shù)據(jù)很多，如專利CN200610008498.1、CN201310024015、CN200610139196、CN200610023389.7、CN200510010967.9、CN201310024015.7、CN200610139183、CN200610139196、CN200610139181等分別以納米碳化硅、碳化硼、滑石、高嶺土、硅微粉、氧化鋁作為燒結(jié)助劑制備碳化硅多孔陶瓷，雖然比添加普通粘土燒結(jié)的碳化硅多孔陶瓷，因其碳化硅晶體與其表面覆蓋相和粘結(jié)相的均勻性分布均

4、勻致密，碳化硅晶體的抗氧化性得到提高，但未能解決碳化硅晶體與其表面的覆蓋層、粘結(jié)間的存在的熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)巨大差異，如添加10納米碳化硅、滑石、高嶺土、硅微粉、氧化鋁，高溫?zé)珊?，碳化硅晶體覆蓋相和粘結(jié)相為二氧化硅、堇青石、莫來石、氧化鋁，在使用過程中因溫度變化則覆蓋層和粘結(jié)相內(nèi)部或與碳化硅晶體間產(chǎn)生微裂紋，導(dǎo)致氧氣沿裂紋滲入，碳化硅晶體氧化，則碳化硅晶體表面抗氧化覆蓋層則部分失效和碳化硅晶體間出現(xiàn)裂紋強(qiáng)度變?nèi)跫疤蓟杼沾傻捏w積發(fā)生膨脹，最終導(dǎo)致碳化硅陶瓷損壞和壽命喪失。此外，對于碳化硅陶瓷專利例如CN201210024358.9、CN

5、201210200114.1、CN1654432A則采用非氧化氣氛下燒成，采用碳化硼、硅、氮化硅、三氧化二鋁作為碳化硅晶體表面的覆蓋層和晶體之間的粘結(jié)劑，依然存在著碳化硅表面覆蓋層抵抗氧氣氧化和滲透性不足，和因溫度變化致覆蓋層和粘結(jié)相內(nèi)部或與碳化硅晶體間產(chǎn)生微裂紋的現(xiàn)象，同樣存在因碳化硅和覆蓋層被氧化導(dǎo)致陶瓷坯體膨脹而發(fā)生破壞，如：硅氧化為二氧化硅，體積發(fā)生膨脹；而碳化硼被氧化為氧化硼則加速了碳化硅晶體的分解氧化的速度；在非氧化氣氛（氮?dú)鈿夥障拢┫乱匀趸X作為燒結(jié)助劑和粘結(jié)相，在燒結(jié)過程會有在空氣中易氧化分解的氮化鋁產(chǎn)生，導(dǎo)致獲得碳化

6、硅陶瓷抗氧化性能裂化，尤其是碳化硅多孔陶瓷。此外，以上專利和其他專利很少有專利提出自己制備的碳化硅陶瓷的抗氧化性能指標(biāo)和提高抗氧化性的具體實(shí)際操作的制備工藝方法。因此，減小碳化硅晶體之間粘結(jié)相和表面覆蓋層的與碳化硅晶體在熱膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)率的差異和提高陶瓷抗熱震性，減少裂紋的產(chǎn)生以提高碳化硅陶瓷抗氧化性能和機(jī)械性能。對于碳化硅多孔陶瓷的而言，不僅要提高其抗氧化性能，還要兼顧其氣孔率和熱膨脹系數(shù)，雖然氣孔率可以適當(dāng)降低熱膨脹系數(shù)，但氣孔率和抗氧化性能在某些方面是矛盾的，因?yàn)闅饪茁侍岣吡颂蓟杈w與氧化介質(zhì)接觸面積和接觸幾率。而碳化硅多孔陶瓷氣

7、孔率和所用造孔劑和粘結(jié)劑的種類品質(zhì)密切相關(guān)，其抗氧化性能和熱膨脹系數(shù)與也造孔劑、粘結(jié)劑的形貌、殘留物有一定密切關(guān)系，如常用造孔劑石墨粉所造孔為細(xì)扁長形孔、殘留氧化鐵和氧化鋁等雜質(zhì)，對熱膨脹系數(shù)在一定范圍內(nèi)降低，但若殘留的氧化鐵過多則促進(jìn)了碳化硅晶體的氧化，目前多數(shù)專利和文獻(xiàn)資料尚未涉及，但本專利在選擇造孔劑和粘結(jié)劑方面進(jìn)行了大量的研究和試驗(yàn)，選用了10含有高磷、低氧化鉀和低氧化鈉殘留的棉花秸稈顆粒、核桃殼炭及高氧化釩殘留的石油焦，而不是普通的棉花秸稈、核桃殼炭、石油焦作為造孔劑，以區(qū)別其他專利和資料資料提出的造孔劑石油焦、炭粉、活性炭、秸

8、稈顆粒等，此種造孔劑不僅具造孔作用，還可以改善碳化硅晶體覆蓋層和粘結(jié)相性能如降低熱膨脹系數(shù)、提高抗熱震性等，而目前現(xiàn)有的多數(shù)其專利如專利CN200510010967.9、CN201110327