低温烧结碳化硅网眼多孔陶瓷的制备与性能

来源 :中国科学院上海硅酸盐研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sunsand
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  本工作采用具有三维网状结构的聚氨酯海绵作为模板,通过有机泡沫浸渍工艺制备碳化硅网眼多孔陶瓷。针对目前碳化硅网眼多孔陶瓷制备过程中烧结温度较高的现状,开展碳化硅网眼多孔陶瓷低温烧结方面的研究,以期降低生产成本、节约能源,为大规模工业化生产创造有利条件。为此,采用一种新的烧结助剂体系:MgO-Al2O3-SiO2体系,通过对有机模板的预处理、粉体的分散、浆料的制备、浸渍成型与烧结行为,以及二次挂浆工艺等方面进行研究,实现了高强度、高耐火度的碳化硅网眼多孔陶瓷的低温烧结。同时,在网眼多孔体的二次挂浆过程中,引入聚碳硅烷,通过其热裂解产物粘结碳化硅颗粒,实现了碳化硅网眼多孔陶瓷在更低温度下的烧成,且其强度、耐火度和抗热震性能均有较大提高。   根据MgO-Al2O3-SiO2体系相图的特点,利用堇青石抗热震性能优良和莫来石高温性能良好的特点,选择生成物为莫来石和堇青石的烧结助剂体系。所选烧结助剂为成本低廉的工业原料滑石粉、苏州土和氧化铝。通过对原料粉体的Zeta电位以及浆料的流变特性进行研究,确定各粉体在硅溶胶水溶液中,实现最佳分散的pH值在pH=10左右;硅溶胶水溶液的最佳浓度为10~20wt﹪;作为流变剂引入的羧甲基纤维素的最佳加入量为粉体总量的0.2wt﹪。当混合粉体制备的浆料固含量不大于65wt﹪时,浆料呈现出近牛顿流体行为;固含量进一步增加,浆料表现出触变性,且随固含量增加而增强,这种触变性是一次挂浆浆料所必需的。   为了提高网眼多孔体的力学性能,延长其使用寿命,研究了一次挂浆制备的网眼多孔体中孔筋裂纹的存在状态和产生原因。结果表明,有机模板和陶瓷浆料涂层之间热膨胀系数的巨大差异是导致网眼多孔陶瓷产生沿孔筋方向裂纹的主要原因,而愈合孔筋裂纹最为有效的措施是进行二次挂浆。因而本工作研究了用于二次挂浆浆料的流变特性对网眼多孔体结构与性能的影响。通过二次挂浆,网眼多孔体的孔筋裂纹和细的孔筋消失,结构更加均匀;且在合适的粘度范围内,随二次挂浆浆料粘度的增加,网眼多孔体的孔筋直径增加,强度增加。   进一步考察浆料中PCS含量对网眼多孔体性能的影响。结果表明,PCS含量为10wt﹪时,所制备的网眼多孔体强度最高,用25PPI有机模板制备的网眼多孔体抗压强度可达2.19MPa,和上述的网眼多孔体相比,强度几乎增加一倍。   
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