摘要
多孔SiC陶瓷具有高温性能优异、密度低、抗氧化、耐腐蚀等优点，在高温气体过滤、工业废水处理、催化剂载体、复合材料增强等领域具有较好的应用前景。在高温气体过滤领域，通过控制多孔材料的孔隙率、孔形貌、孔径大小、孔径分布以及孔隙连通度可以改善多孔材料的性能，从而制备出性能优异的多孔过滤材料。在复合材料增强领域，双连续复合材料中 SiC 增强体的孔隙率与孔形貌等会影响增强体在复合材料中的空间分布，进而影响复合材料的力学性能，因此实现不同气孔率与孔结构的多孔SiC陶瓷的可控制备具有重要的研究意义。 水基凝胶注模成型坯体干燥收缩大，难以制备出低固相含量、高气孔率的多孔SiC陶瓷。为解决这一问题，本文通过引入碳纤维作为坯体干燥时的支撑体，利用纤维的桥接作用抑制干燥收缩。固相含量为15vol.%的多孔SiC陶瓷坯体的干燥线收缩在25%以上，在加入了碳纤维后其干燥线收缩降至8.08%左右，表明碳纤维的引入能显著抑制坯体的收缩。为改善高气孔率多孔 SiC 陶瓷的力学性能，本文向Al2O3-Y2O3烧结助剂中引入少量的BN(0.2wt.%)，BN的引入能降低SiC的晶界能，提高材料的烧结活性，与Al2O3-Y2O3烧结助剂相比，Al2O3-Y2O3-0.2wt.%BN助剂制备的高气孔率的多孔陶瓷其抗压强度由2.29MPa提高到6.61MPa。 研究了烧结助剂用量、SiC粉体的粒径、碳纤维造孔剂的含量和烧结工艺对多孔 SiC 陶瓷组织形貌、力学和渗透性能的影响规律。通过改变碳纤维的添加量实现了多孔SiC陶瓷气孔率在49.15%~80.75%的范围内调控。通过改变SiC粉体的粒径，实现了多孔SiC陶瓷孔径的调控，以粒径为0.5μm~20μm的陶瓷粉体制备出的多孔SiC陶瓷，其中值孔径可在3.74μm~21.36μm之间调控。通过引入1wt.%的SiC晶须可以有效提高烧结时多孔陶瓷的骨架强度，最终制备出气孔率高达86.39%的多孔SiC陶瓷。烧结助剂用量、SiC粉体粒径、碳纤维的添加量和烧结温度显著影响多孔SiC陶瓷的力学性能与渗透性能。粉体粒径为0.5μm的SiC制备的多孔陶瓷的渗透性能最好，其达西渗透率达到了3.07×10-12m2。SiC的添加量为35vol.%时，多孔SiC陶瓷的抗弯强度最大，达到了95.67MPa，此时多孔陶瓷的气孔率为49.15%。
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