多孔碳化硅陶瓷制备技术-中国窑炉信息网

　　多孔碳化硅陶瓷成型工艺技术与现代其他多孔陶瓷的成型工艺技术类似，主要采用5大类成型工艺方式：

　　一、固相粉末成型工艺：采用固相粉末成型传统方法主要有模压成型工艺、捣打成型工艺和等静压成型工艺，其中最早用于多孔碳化硅陶瓷的成型方法为模压成型工艺，也是碳化硅陶瓷成型方式中目前应用最广泛的。

　　由于碳化硅粉末颗粒本身没有粘结性，无论是最古老的模压成型方法，还是最新的无模具成型，都需要加入各种粘结剂成型。从早期使用的粘土，到后来逐渐使用的糊精、淀粉、糖蜜、焦油、沥青、和各种有机树脂，如聚甲基丙烯酸甲酯和聚碳酸酯、有机硅等物质加入到碳化硅粉末中，目的都是为便于成型。如何选择合适的坯体成型粘结剂，是从多孔碳化硅陶瓷开始制造时，到今天一直不断在研究和关注一个课题。粘结剂的选择的合适与否，对成型密度和干燥合格率、烧成后的气孔率等都有直接的影响。此外，对坯体成型密度影响的主要因素是碳化硅颗粒的粒度分布、颗粒形貌等，也是碳化硅陶瓷成型工艺研究的重点。

　　固相粉末成型工艺的最大优点是工艺简单、易干燥，应用广泛，但存在很多缺点如：对粉料颗粒级配和形貌的要求较高，直接关系到成型坯体密度和密度的均匀性;制备过程中粉尘污染较大，不环保;设备工作效率低下，每制一个坯体需要重复模具抬升或下降加压动作，和后续接坯动作，能源浪费大。

　　二、半固态流变成型工艺：根据采用此种工艺成型设备的差异，半固态流变成型工艺可分为热压铸成型工艺、注射成型工艺、挤出成型工艺和振动成型工艺。同样因为单纯的碳化硅粉末缺乏粘性、良好的受压流变性能、润滑性、和加入溶剂后的膨胀性等半固态流变成型所必需的条件，因此需要加入一定量的粘结剂、润滑剂、塑化剂、溶剂等各种添加剂。各种添加剂的研究、成型时流变工艺参数、模具设计及碳化硅粉末形貌、粒度分布，是此工艺研究的主要核心内容。半固态流变成型工艺，普遍具有工艺过程复杂、工艺难度大，但设备简单、投入少、成型效率高、环保等特点，适合形状简单、截面积一致的产品，如蜂窝多孔碳化硅陶瓷、多孔碳化硅管材、板材等产品。

　　三、液相料浆成型工艺：由于碳化硅晶体强共价键性质，决定了碳化硅粉末颗粒表面与水或其他极性溶剂之间的亲和力非常的低，表面水化膜非常的薄，碳化硅粉末在水中的悬浮性能差，加之碳化硅粉末本身粘性差，导致碳化硅料浆非常不稳定，极易沉积。因此需要加入各种表面活性剂改善碳化硅颗粒的表面性能，同时减小碳化硅颗粒粒度来提高颗粒表面积，提高其与各种溶剂和表面活性剂的亲和性，提高碳化硅料浆的稳定性。碳化硅陶瓷的液相料浆成型，根据采用添加剂和设备模具的不同可分为浇注成型、直接凝固成型、凝胶成型、电泳沉积成型等工艺方法。在碳化硅陶瓷液相浆料成型工艺中，如何获得高固相稳定的浆料是其工艺关键之一，因此对各种添加剂和碳化硅粉末粒度分布、形貌等方面的研究成为广大研究者的主要的着力点。此种工艺具有工艺过程复杂，自动化程度较低，生产效率低下，能源利用率不高，但适合于形状复杂的产品。

　　四、气相凝聚成型工艺：目前气相凝聚成型的凝聚沉积速率一般较低，此种方法多用来制备多孔碳化硅陶瓷薄膜，用于制造功能器件。采用这种方法制备的多孔碳化硅陶瓷的孔壁多为致密结构，但所用设备复杂而精密，设备投资大，如磁控溅射、化学或物理气相沉积设备等。

　　五、多相复合成型工艺：多相复合成型工艺是目前多孔碳化硅陶瓷制备中研究的热点，以模板法为代表。模板法工艺根据模板在碳化硅陶瓷烧成过程作用的差异，可分为取代模板法和反应模板法。模板法工艺的最大特点是获得的多孔碳化硅陶瓷继承了原始模板的结构，可以用来制造有序多孔碳化硅陶瓷。

　　取代模板法，即模板仅在陶瓷成型和烧成过程中起临时支撑作用，而在烧成过程中，不参与反应生成碳化硅陶瓷的过程，且获得多孔碳化硅陶瓷中不含有模板的主要成分。反应模板法，则模板在烧成过程中参与生成碳化硅陶瓷的反应，不仅在成型陶瓷坯体和烧成过程中起支撑体的作用，且在生成的多孔陶瓷中含有模板的主要成分。采用取代模板法以聚氨酯泡沫模板制备网眼多孔陶瓷为代表，是以含有陶瓷粉末的陶瓷浆料(溶胶)浸渍有机泡沫板,液体浆料吸附在泡沫板表面，干燥，然后烧成脱去泡沫板，获得多孔碳化硅陶瓷的方法。目前这样方法得到广泛的应用，不仅可以制备大孔多孔陶瓷材料，还可制备介孔甚至纳米孔多孔陶瓷材料。

　　反应模板法，则以目前流行的生物多孔碳化硅陶瓷制备为代表，多以植物组织经过炭化工艺处理得到炭模板，渗硅反应生成多孔碳化硅陶瓷最为典型。此工艺过程一般为采用植物的茎，如：木材、秸秆，通过炭化处理获得多孔炭坯体，然后将坯体浸渍各种液体然后干燥或直接是炭坯体通过高温气相渗硅，反应烧成，获得的多孔碳化硅陶瓷继承了原始模板-植物组织结构特征。

　　在干燥方面，采用固相粉末成型的多孔碳化硅陶瓷坯体多采用热风干燥，尤其是大批量生产碳化硅耐火材料和碳化硅砂轮，其设备主要为热风干燥房或是隧道式干燥器。对于采用其它工艺成型，含有大量液体的多孔碳化硅陶瓷坯体，如：挤出成型、多相复合成型中浸渍模板方法成型的坯体，目前趋向采用微波均匀干燥技术进行高速、均匀干燥。

　　碳化硅晶体是高强度共价键结合的晶体，自扩散系数很低，且碳化硅在一般压力和温度条件下，不出现液相，决定了碳化硅陶瓷坯体具有难以烧成致密的特点，需要添加各种烧结助剂辅助烧成，因此烧结助剂成为多孔碳化硅烧成工艺研究的重点之一。

　　在制备多孔碳化硅陶瓷过程，为提高气孔率，需要添加提高陶瓷气孔率的物质，即俗称的造孔剂或发泡剂。因此，在制备多孔碳化硅陶瓷烧成工艺研究中，造孔剂是人们一直研究关注的另一重点。