本发明属于功能陶瓷技术领域，具体涉及一种氮化硅质泡沫陶瓷及其制备方法。
背景技术：
氮化硅陶瓷具有耐高温、耐腐蚀、抗热震、抗氧化、耐磨损等良好的高低温综合性能，广泛应用在航天航空、汽车发动机、机械、化工、石油等领域。利用其优良的高温性能、高的热导率、良好的抗热震性能和化学稳定性，以及不被铝、铅、锡、银、黄铜、镍等很多种熔融金属或合金所浸润或腐蚀的特性，可用于上述金属的冶炼及熔融金属的过滤。
泡沫陶瓷材料始于20世纪70年代，是一种具有高温特性的多孔材料，我国在20世纪80年代初开展泡沫陶瓷研究工作，近20年来，先后有十几家科研机构和厂家报道了泡沫陶瓷制备的研究。泡沫陶瓷由于具有气孔率高、比表面积大、抗热震、耐高温、耐化学腐蚀及良好的机械强度和过滤吸附性能，广泛应用于热交换材料、布气材料，汽车尾气装置，净化冶金工业过滤熔融态金属，热能回收，轻工喷涂行业，工业污水处理，隔热隔音材料，用作化学催化剂载体，电解隔膜及分类分散元件等。因此，制备高强度、孔径均匀、性能稳定的泡沫陶瓷体，拓宽和开发泡沫陶瓷在国内外多个行业中的应用十分必要。
泡沫陶瓷采用聚氨酯泡沫塑料为载体，将其浸入由陶瓷粉末、粘结剂、助烧结剂、悬浮剂等制成的料浆中，然后挤掉多余料浆，使陶瓷浆料均匀涂覆于载体骨架成为坯体，再将坯体干燥并经高温烧结而成。泡沫陶瓷具有与泡沫塑料相似的孔隙结构，通孔率达85～90％。国内外已根据不同合金的特点，发展了多种不同材质的泡沫陶瓷，如美国专利3893917、3962081、4024056、4075303，中国国家专利87101800.4、92102883.0、200710139286.1、200710139289.5等，这些泡沫陶瓷由氧化铝、氧化硅、氧化锆、氮化硅等材料制成，可用于过滤一般的铝合金、铜合金、铸钢、铸铁等。
技术实现要素：
本发明提出一种氮化硅质泡沫陶瓷，该陶瓷能承受大流量多种熔融金属及合金冲刷和急热冲击，热化学稳定性好，孔隙率＞75％，且陶瓷筋强度高。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种氮化硅质泡沫陶瓷，包括以下原料：
陶瓷粉末30～60wt％，结合剂1～3wt％，分散剂0.5～1.5wt％，余量为水；将原料制成浆料以软质有机泡沫塑料为载体，经浸渍料浆、挤压制成坯体后烧结制成即可；其中，陶瓷粉末由氮化硅70～80wt％、高岭土10～20wt％、粉煤灰5～10wt％、氧化镁1～5wt％与黄砂1～5wt％组成。
进一步，所述结合剂选自羧甲基纤维素、甲基纤维素或聚乙烯醇。
进一步，所述分散剂为聚甲基丙烯酸类分散剂或者柠檬酸三铵。
本发明的另一个目的是提供一种氮化硅质泡沫陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
1)浆料制备：向陶瓷粉末中加入结合剂、分散剂与水搅拌混合均匀，制成浆料；
2)以软质聚氨酯泡沫塑料为载体，浸渍上述浆料，并挤压制成坯料；
3)坯料放入干燥箱内，在100℃～120℃干燥硬化；
4)干燥后的坯料装入烧结炉，在氦气气氛下，升温至1200℃～1650℃烧结即可。
进一步，软质聚氨酯泡沫塑料是在50～60℃温度的pH值为8.5～10的碱溶液中浸泡20～30min，用蒸馏水漂洗去除碱溶液后自然干燥制得。具有网状结构、有弹性且能恢复原来形状的可燃性有机泡沫塑料，由很多互联空隙组成泡沫结构，并能在较低温度下以氧化等方式转化成气态排出。
进一步，软质聚氨酯泡沫塑料的孔径为40～10PPI。
本发明有益效果：
1、本发明选用氧化镁、高岭土以及粉煤灰作为助剂代替传统的氧化铝作为助剂，既能保持氧化镁自身的高温稳定性，又能够改善氧化镁的烧结性能。高岭土、粉煤灰以及黄砂增强相形成弥散强化，促进陶瓷内部形成三维网状结构，大大提高了陶瓷筋的强度。
2、本发明氮化硅质泡沫陶瓷，配料科学合理，采用的软质聚氨酯泡沫塑料孔径适宜，制得的氮化硅泡沫陶瓷成空间网状结构，孔洞互联，孔隙率可达75～96％，抗压强度达到7MPa，并且热化学稳定性好。
具体实施方式
实施例1
陶瓷粉末由氮化硅70wt％、高岭土10wt％、粉煤灰10wt％、氧化镁5wt％与黄砂5wt％组成。
原料配比为：陶瓷粉末60wt％，羧甲基纤维素3wt％，聚甲基丙烯酸类分散剂1.5wt％，余量为水。
选用40PPI的软质聚氨酯泡沫塑料，在50℃温度的pH值为8.5的碱溶液中浸泡30min，用蒸馏水漂洗去除碱溶液后自然干燥制得。
制备方法：
1)浆料制备：向陶瓷粉末中加入羧甲基纤维素、聚甲基丙烯酸类分散剂与水搅拌混合均匀，制成浆料；
2)以软质聚氨酯泡沫塑料为载体，浸渍上述浆料，并挤压制成坯料；
3)坯料放入干燥箱内，在100℃干燥硬化，然后在氧化气氛下从室温以40℃/h的速率升温500℃排塑，使泡沫塑料完全挥发，然后以150℃/h的升温速度升温至800℃下保温1h，使素坯具有一定强度；
4)然后将素坯，转移到气氛压力烧结炉内，升温至1600℃保温2h，自然冷去至室温，即可获得氮化硅质泡沫陶瓷。
实施例2
陶瓷粉末由氮化硅75wt％、高岭土15wt％、粉煤灰5wt％、氧化镁2wt％与黄砂3wt％组成。
原料配比为：陶瓷粉末50wt％，甲基纤维素2wt％，聚甲基丙烯酸类分散剂1wt％，余量为水。
选用30PPI的软质聚氨酯泡沫塑料，在55℃温度的pH值为9的碱溶液中浸泡25min，用蒸馏水漂洗去除碱溶液后自然干燥制得。
制备方法：
1)浆料制备：向陶瓷粉末中加入甲基纤维素、聚甲基丙烯酸类分散剂与水搅拌混合均匀，制成浆料；
2)以软质聚氨酯泡沫塑料为载体，浸渍上述浆料，并挤压制成坯料；
3)坯料放入干燥箱内，在110℃干燥硬化，然后在氧化气氛下从室温以50℃/h的速率升温500℃排塑，使泡沫塑料完全挥发，然后以150℃/h的升温速度升温至800℃下保温1h，使素坯具有一定强度；
4)然后将素坯，转移到气氛压力烧结炉内，升温至1500℃保温4h，自然冷去至室温，即可获得氮化硅质泡沫陶瓷。
实施例3
陶瓷粉末由氮化硅80wt％、高岭土10wt％、粉煤灰5wt％、氧化镁1wt％与黄砂4wt％组成。
原料配比为：陶瓷粉末40wt％，甲基纤维素1wt％，聚甲基丙烯酸类分散剂1wt％，余量为水。
选用20PPI的软质聚氨酯泡沫塑料，在60℃温度的pH值为10的碱溶液中浸泡20min，用蒸馏水漂洗去除碱溶液后自然干燥制得。
制备方法：
1)浆料制备：向陶瓷粉末中加入甲基纤维素、聚甲基丙烯酸类分散剂与水搅拌混合均匀，制成浆料；
2)以软质聚氨酯泡沫塑料为载体，浸渍上述浆料，并挤压制成坯料；
3)坯料放入干燥箱内，在120℃干燥硬化，然后在氧化气氛下从室温以50℃/h的速率升温500℃排塑，使泡沫塑料完全挥发，然后以150℃/h的升温速度升温至800℃下保温1h，使素坯具有一定强度；
4)然后将素坯，转移到气氛压力烧结炉内，升温至1300℃保温5h，自然冷去至室温，即可获得氮化硅质泡沫陶瓷。
实施例4
陶瓷粉末由氮化硅70wt％、高岭土15wt％、粉煤灰10wt％、氧化镁4wt％与黄砂1wt％组成。
原料配比为：陶瓷粉末40wt％，聚乙烯醇1wt％，聚甲基丙烯酸类分散剂0.5wt％，余量为水。
选用10PPI的软质聚氨酯泡沫塑料，在60℃温度的pH值为10的碱溶液中浸泡20min，用蒸馏水漂洗去除碱溶液后自然干燥制得。
制备方法：
1)浆料制备：向陶瓷粉末中加入聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸类分散剂与水搅拌混合均匀，制成浆料；
2)以软质聚氨酯泡沫塑料为载体，浸渍上述浆料，并挤压制成坯料；
3)坯料放入干燥箱内，在120℃干燥硬化，然后在氧化气氛下从室温以20℃/h的速率升温600℃排塑，使泡沫塑料完全挥发，然后以200℃/h的升温速度升温至900℃下保温1h，使素坯具有一定强度；
4)然后将素坯，转移到气氛压力烧结炉内，升温至1200℃保温6h，自然冷去至室温，即可获得氮化硅质泡沫陶瓷。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。