一种高强高韧性泡沫陶瓷及其制备方法与流程

本发明涉及泡沫陶瓷材料，具体而言，涉及一种高强高韧性泡沫陶瓷及其制备方法。

背景技术：

1、泡沫陶瓷是一种新型轻质材料，主要由玻璃和陶瓷材料制成，具有多孔结构，能够承受高温和高压，广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑等领域。泡沫陶瓷一般可以分为开孔(网状)陶瓷材料以及闭孔陶瓷材料两类，主要依据各个孔穴是否具有固体壁面进行划分。如果形成泡沫体的固体仅仅包含于孔棱中，则称之为开孔陶瓷材料，其孔隙是相互连通的；如果存在固体壁面，则泡沫体称为闭孔陶瓷材料，其中的孔穴由连续的陶瓷基体相互分隔。

2、开孔陶瓷材料由于其结构上所具有的特点，导致其密度较低，强度和韧性等性能均较差；而采用闭孔陶瓷材料又存在孔隙多而导致热传递过快、吸热能力差的问题。对此，如公开号为cn117945781a的专利，就提供了一种储热-隔热多功能陶瓷及其制备方法，设置同时含有开孔和闭孔的双层陶瓷，以同时兼顾开孔陶瓷的储热隔热和闭孔陶瓷的高强高韧性能。

3、然而，现有的如上述通过设置多层陶瓷材料，来实现兼顾开孔陶瓷和闭孔陶瓷各自性能的方式，在实际应用中存在多层结构之间连接稳定性差的问题，从而会对材料性能造成一定影响。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题：

2、现有的泡沫陶瓷材料中，为同时实现良好的储热保温和较高的强度韧性等性能，提出了通过设置开孔陶瓷层材料与闭孔陶瓷层材料相结合的多层陶瓷，每一层材料可发挥出自身的有益性能，进而在整体上表现出综合性能突出的优势。但是上述材料在使用中，由于高温高压等复杂环境的影响，容易导致每层材料之间的连接和结合不稳定，进行影响材料性能。

3、本发明采用的技术方案：

4、本发明提供了一种高强高韧性泡沫陶瓷的制备方法，包括如下步骤：

5、s1取碳化硅、硅酸盐、粘土岩、发泡剂，混合，再加入羧甲基纤维素钠和氢氧化钠水溶液，混匀，球磨，后干燥，再精磨，过筛，得到初粉料；

6、s2取环硅氧基树脂，加入至初粉料中，置于150-320℃环境中，低温烧结，得到开孔基料；

7、s3取闭孔泡沫体，加入至开孔基料中，混匀，压制成坯，置于500-950℃环境中，高温烧结，得到所述泡沫陶瓷。

8、优选地，步骤s3中，所述闭孔泡沫体的制备方法如下：

9、取石英砂、钠长石、钾长石、碳粉和氧化锌，加入发泡剂和助溶剂，压制成坯，置于720-750℃环境下进行烧结，后冷却至室温，粗磨，即得到所述闭孔泡沫体。

10、优选地，石英砂、钠长石、钾长石、碳粉和氧化锌的质量比为25-35:2.5-3:2.5-3:1.3-1.6:2.3-2.8。

11、优选地，所述闭孔泡沫体的粒度为0.35-2.25mm。

12、优选地，步骤s2中，所述环硅氧基树脂的制备方法如下：

13、取三官能团硅烷与乳化剂，混合，加入至有机溶剂中，加压搅拌；再加入偶氮二异丁腈，加热反应，然后依次进行过滤、洗涤、离心处理，即得到所述环硅氧基树脂。

14、优选地，步骤s3中，烧结时，采用多级分段烧结。

15、优选地，高温烧结过程包括：

16、一段烧结，500-550℃温度下保温10-20min；

17、二段烧结，650-700℃温度下保温10-20min；

18、三段烧结，800-850℃温度下保温10-20min。

19、优选地，步骤s1中，球磨时控制固液比为1:0.5-1.5，且球磨后原料粒径为1-5mm；精磨后，过80-120目筛。

20、本发明的有益效果表现在：

21、本发明提供了一种同时具有开孔结构和闭孔结构的泡沫陶瓷复合材料，开孔陶瓷基材中引入闭孔泡沫体，形成交互程度更高、结合强度更大的开孔-闭孔泡沫陶瓷材料，以解决多层叠置的开孔-闭孔材料存在的层级材料之间连接和结合不稳定的问题，且在强度和韧性等性能上，表现优异，可满足更多元化的应用需求。

22、通常，在气孔率下降的情况下，带孔陶瓷材料的断裂面上的单位面积断裂点增加，抗弯强度增大，即提高气孔率，会随之造成强度降低的问题。然而，本发明的泡沫陶瓷在制备过程中，当开孔基料与闭孔泡沫体接触时，可大量附着于闭孔泡沫体表面，并经压坯烧结，形成稳定的结合应力。开孔结构的基料主要分布在闭孔泡沫体的表面，即可使材料表面形成较高的气孔率，而材料中充斥的闭孔泡沫体，可有效维持材料的强度，从而实现兼顾高气孔率和高强度的材料性能。

23、其中，可形成开孔结构的初粉料中引入含有环硅氧基结构的树脂材料，作为具有空间三维结构的分子骨料，使得开孔基料具有更稳定且孔隙率较高的结构形态，且在后续引入闭孔泡沫体的过程中，可将闭孔泡沫体在多级烧结过程中，稳定地桥接于呈空间网络结构的开孔基料中，保持开孔基料与闭孔泡沫的高度交联，以提升材料的综合性能并保持较高的稳定性。

技术特征：

1.一种高强高韧性泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的高强高韧性泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述闭孔泡沫体的制备方法如下：

3.根据权利要求2所述的高强高韧性泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于，石英砂、钠长石、钾长石、碳粉和氧化锌的质量比为25-35:2.5-3:2.5-3:1.3-1.6:2.3-2.8。

4.根据权利要求2所述的高强高韧性泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于，所述闭孔泡沫体的粒度为0.35-2.25mm。

5.根据权利要求1所述的高强高韧性泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述环硅氧基树脂的制备方法如下：

6.根据权利要求1所述的高强高韧性泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤s3中，烧结时，采用多级分段烧结。

7.根据权利要求6所述的高强高韧性泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于，高温烧结过程包括：

8.一种高强高韧性泡沫陶瓷，其特征在于，采用权利要求1至7中任意一项所述的制备方法制备得到。

技术总结
本发明涉及泡沫陶瓷材料技术领域，针对现有的开孔陶瓷层材料与闭孔陶瓷层材料相结合的多层陶瓷存在的每层材料之间的连接和结合不稳定的问题，公开了一种高强高韧性泡沫陶瓷，其制备方法包括如下步骤：取碳化硅、硅酸盐、粘土岩、发泡剂，混合，再加入羧甲基纤维素钠和氢氧化钠水溶液，混匀，球磨，后干燥，再精磨，过筛，得到初粉料；取环硅氧基树脂，加入至初粉料中，置于150‑320℃环境中烧结，得到开孔基料；取闭孔泡沫体，加入至开孔基料中，混匀，压制成坯，置于500‑950℃环境中烧结，得到所述泡沫陶瓷，其具有交互程度更高、结合强度更大等优点，以解决多层叠置的开孔‑闭孔材料存在的层级材料之间连接和结合不稳定的问题。

技术研发人员：熊伟,张艳,刘坚,梁金源,段海峰
受保护的技术使用者：四川双铁科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/2/17