仿生SiC陶瓷材料的制备和性能

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1、环境科学导刊http://hjkxdk.yies.org.cn2012，31(1)CN53－1205/XISSN1673－9655仿生SiC陶瓷材料的制备和性能朱丹，高明霞，巫红燕，潘颐(浙江大学材料科学与工程学系，浙江杭州310027)摘要:仿生SiC陶瓷材料是一种新兴的环境友好材料，因其具有密度低、强度高、耐腐蚀、耐磨损、抗氧化和生物相容性好等优点，在机械、化工、催化、生物医学等领域都有着广阔的应用前景。就仿生SiC陶瓷材料的多种制备工艺和其机械性能、热性能、电性能、生物相容性等进行了综述，并对其存在的问题进行了分析，对其发展趋势进

2、行了展望。关键词:仿生SiC陶瓷;制备工艺;研究现状;发展趋势中图分类号:X384文献标识码:A文章编号:1673－9655(2012)01－0001－05仿生SiC陶瓷材料是在木质陶瓷基础上发展1生物质碳模板的制备起来的一类以自然植物资源为原料制备的多孔或致树木是由纤维素、半纤维素和木质素为主要成密的SiC陶瓷材料。制备仿生SiC陶瓷材料的生物分的一种天然复合材料。木材组织具有各向异性的材料可以是各种木材、竹子、棉麻杆、甘蔗杆及经胞状结构。根据解剖学结构的不同，树木可以分为［1～6］加工制得的纸张和纸板等。与传统SiC陶瓷材硬木和软木

3、。硬木中的胞状结构主要由脉管组成，料的制备相比，仿生SiC陶瓷材料的制备具有成本脉管的直径范围为1～300μm;而软木中的胞状结低、原料可再生，比较容易加工制备成各种复杂形［13］构主要由管胞组成，其孔的直径在5～50μm。状等优点。制备的SiC陶瓷在很大程度上保留了原由不同种类的木材制备的碳模板其孔隙大小及分布生物材料所具有的微观结构特征，且具有低密度、不同。制备碳模板时，根据将要制备的试样的形状高强度、耐腐蚀、耐磨损、抗氧化和生物相容性好和尺寸，在相应木材上切割和截取适当大小的部等优点，因而可用作轻质结构材料、催化剂载体材分。洗净干

4、燥后，在惰性气氛如Ar或N2下或者真料、热交换器材料、吸音材料、减震材料、隔热材空环境中，在500℃以上高温裂解，木材中的有机料、电磁屏蔽材料和生物医疗器件等，在机械、化组分分解和挥发，得到无定形碳的模板，碳模板在工、催化和生物医学等领域具有广阔的应用很大程度上保留了原木材组织的生态结构，具有各［2，5，7～9］前景。［1，8，13～14］相异性以及连通的胞状多孔结构。如将一仿生SiC陶瓷的制备工艺与传统SiC陶瓷的制定尺寸的椴木先在80℃左右的温度下干燥24h，然备工艺相似，分为碳预制件的制备与烧结。与传统后将经干燥后的椴木在Ar气氛

5、或真空条件下以3反应烧结SiC陶瓷的预制件由石墨粉、炭黑、石油～6℃/min的加热速率加热到1000～1200℃碳化焦等无机粉末混合压制成型不同，仿生SiC陶瓷是2～4h，即可制得多孔碳模板。经真空裂解椴木制由天然植物为原料和模板在缺氧气氛下加热裂解制得的碳模板，其大多数孔隙的尺寸在10～30μm。备碳预制件，然后通过液Si反应熔渗法(LSI)，为避免出现裂纹与翘曲变形，需严格控制碳化过程Si，SiO等含硅气体的气相浸渗与反应法(CVI－［8，13］的升温速率。R)，以及SiO2溶胶等液态含硅化合物及前驱体的除木材外，竹子、麻秆、棉绒、

6、甘蔗秆等生物浸渍结合碳热还原反应法等将多孔的生物碳模板转［4～6，15］［10～12］质材料也被研究用于制备碳模板。随着中国化为多孔或致密的SiC陶瓷材料。纺织工业的迅速发展，在生产的过程中不可避免地产生大量的棉绒、麻杆等副产品，如果丢弃，不仅收稿日期:2011－09－21造成自然资源的浪费，而且会造成严重的环境污基金项目:浙江省科技计划项目(No.2008C24002)。作者简介:朱丹，女，浙江大学材料科学与工程学系博士研染。以棉纺工业中所产生的副产品棉绒为原材料，究生。在硅溶胶中浸泡、烘烤干燥后，将其与酚醛树脂溶通讯作者:高明霞，女

7、，博士，浙江大学材料科学与工程学系副教授。液混合，经干燥固化后，压制成型。进一步固化—1—环境科学导刊http://hjkxdk.yies.org.cn第31卷第1期2012年2月后，于N2气氛下800℃碳化裂解，可得到多孔的了原生木材各相异性产生的收缩率不同的缺点。如碳预制体。该碳预置体由棉绒裂解所产生的无定形将木屑与SP10固态粉末树脂按4∶1质量配比混合，碳和酚醛树脂裂解所产生的玻璃碳所组成，具有连压制成型，制备成木屑板，其孔隙率为67%。该通的形状、不规则的多孔结构，其最大的孔隙尺寸木质复合板具有各向同性与二维均匀性，经1100

8、［15］为50μm。黄麻是一种重要的农作物，主要应用℃脱粘后，经1400℃保温4h高温裂解，制得孔［16］于生产纺织纤维。抽取纺织纤维后，大量的麻杆被隙率为73%的碳模板。裂解后的碳模板在很大弃置。废麻杆一