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1、多孔氮化硅陶瓷制备方法的研究进展摘要：氮化硅基多孔陶瓷充分发挥了氮化硅陶瓷和多孔陶瓷的特性,受到全球材料界的广泛关注。总结了国内外氮化硅基多孔陶瓷的研究现状，介绍了多孔氮化硅陶瓷的主要制备方法，最后展望了多孔氮化硅陶瓷的发展前景。关键词：多孔氮化硅，陶瓷，制备方法AbstractSiliconnitridebasedporousceramicsaresubjecttotheglobalmaterialscommunitybecauseofthecharacteristicsofsiliconnitrideceramicsandporousceramics.Theresearchstatuso
2、fsiliconnitridebasedporousceramicsathomeandabr-oadissummarized,thepreparationmethodsofporoussiliconnitrideceramicsweresummaried.Fromthese,theporousSi3N4ceramicswillhaveaverygoodprospectfortheindustrialapplicationinthefuture.Keywords:poroussiliconnitride,ceramic,preparationmethods1引言多孔陶瓷材料是指经高温烧制而成,
3、体内具有相通或闭合气孔的陶瓷材料。多孔陶瓷作为一种新型功能陶瓷，已广泛应用于化工、能源、环保、冶金、电子及生物等领域，作为过滤、分离、布气、吸音、催化剂载体及生物陶瓷等，是一个非常活跃的研究热点。氮化硅多孔陶瓷作为一种新型的结构、功能一体化陶瓷材料,除了具有氮化硅陶瓷的优异性能外,还具有下列多孔特性[1]:(1)耐热性好;(2)化学稳定性好;(3)几何表面积与体积比高;(4)具有高度开口、内连的气孔;(5)孔道分布较均匀,气孔尺寸可控;(6)具有良好的机械强度和刚度,在气压、液压或其它应力负载下,多孔体的孔道形状和尺寸不发生变化。被广泛的应用于过滤、净化分离、化工催化载体、吸声减震、高级保温
4、材料和传感材料等多领域,，引起材料界的高度关注。低气孔率的多孔氮化硅陶瓷,在维持高强度的同时,由于气孔的存在造成弹性模量降低,从而与金属的弹性模量相匹配,降低了彼此间的热应力,因此可以用于高温构件。多孔氮化硅可以认为是一种复合材料，其制备方法与其他多孔陶瓷相似。本文将重点阐述多孔氮化硅的现阶段主要的制备方法及最新研究的制备方法。并对其前景做一些简要说明。2多孔氮化硅的制备方法2.1碳热还原法制备此法制备多孔氮化硅是通过廉价的二氧化硅和碳在高温氮气气氛下的碳热还原反应原位生成α-Si3N4后在烧结助剂的作用下相变成β-Si3N4。其中由于44%的反应失重得到多孔氮化硅。在20世纪80年代就研究
5、了利用碳热还原法制备α-Si3N4粉。陕绍云【1】等在这个方面做了很多工作,分析了不同粒径二氧化硅、不同活性碳粉、少量烧结助剂和添加晶种条件下不同烧结工艺烧结出的多孔陶瓷的微观结构发展及其对力学性能的影响。此法制备的多孔氮化硅的孔隙率在高达70%~75%时,强度还有5~8MPa。随着SiO2粒径的减小,反应失重和线收缩率提高,棒状β-Si3N4晶粒逐渐细化,晶粒的长径比增加,而孔隙率减小,这些均使得强度急剧提高。采用碳热还原法,由于SiO2和碳粉颗粒都相对较小,使得烧结体的孔径较小,比表面积大,而且形成的是空间网络结构,可用作过滤器件。由于碳来源广泛,使采用此法制备的产物表现出多样性,可满足
6、不同应用的需求,比如利用木材作为碳的来源,可以得到类木质结构的多孔氮化硅陶瓷。2.2凝胶铸模成型制备美国橡树岭国家实验室首次提出了凝胶注模工艺,利用料浆内部或少量添加剂的化学反应作用使陶瓷料浆原位凝固成坯体,获得具有良好微观均匀性和较高密度的素坯。凝胶注模中,由于有机物的烧除、无压烧结的部分致密化和氮化硅在碱性条件下的水解等而得到多孔氮化硅。图1多孔氮化硅陶瓷制备工艺流程图凝胶铸模成型【2,3】最初应用于制备致密陶瓷，它具有成型坯体结构均匀，干坯可进行精细机加工，可以近净尺寸成型形状复杂的部件等优点。采用该工艺制备多孔氮化硅陶瓷，利用柱状的β-Si3N4晶粒搭建多孔结构，以SiO2溶胶作为成
7、型的单体，利用溶胶的凝胶过程成型。成型后，SiO2包裹在Si3N4粉体表面，抑制了Si3N4在高温下的氧化和分解，因此，可以使Si3N4在空气气氛下烧结，而不必添加保护气氛。SiO2在烧结过程中又可以作为烧结助剂，提高了烧结体的强度。无需加入大量有机物，简化了烧结工艺，保证了制品的性能。2.3部分热压法采用部分热压法【4】，以Y2O3,MgO和CaO为添加剂，制备气孔率在0.009~0.236的多孔氮化硅陶瓷
