CN117902916B - 一种多孔TaC陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多孔TaC陶瓷材料及其制备方法,将钽源A、氟盐、氯盐混合获得熔盐粉料,取一部分熔盐粉料与钽源B和碳源混合获得混合粉料,将混合粉末压制成型获得预制体,再取一部分熔盐粉料将预制体包埋,然后烧结,即得多孔TaC陶瓷材料;本发明的制备方法,采用反应烧结和熔盐法相结合,其中熔盐体系可以将钽元素转化为所需钽离子并与碳源粉末发生反应生成TaC。另外,熔盐同时也能在高温下挥发,在基体内部形成孔洞,从而形成多孔TaC陶瓷,本发明所得多孔TaC陶瓷其孔隙率达90‑95%,密度1.5‑2.5g/cm3,同时其制备工艺简单、周期短、安全性能高,有利于工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于多孔陶瓷材料领域,具体涉及一种多孔TaC陶瓷材料及其制备方法。
背景技术
多孔陶瓷是一种新型的非金属陶瓷材料。与传统陶瓷材料相比,除了具有耐高温高压、耐酸碱腐蚀及化学性质稳定的特点外,还具有比表面积大、孔隙率高、孔隙结构可控、使用寿命长、可再生性能好等优点。在保温隔热材料、燃料电池电极材料、气液过滤材料、高敏感的传感器元件及生物药剂载体等领域中备受青睐。
多孔陶瓷的性能以及应用领域与其孔隙特征息息相关,而制备方法的选取是影响孔隙特征的重要因素。目前常用的方法有:添加造孔剂法、直接发泡法、有机泡沫浸渍法、冷冻干燥法、反应烧结工艺、溶胶-凝胶法、生物模板法以及3D打印等。上述方法有其特定优点的同时也具备一定的局限性,如添加造孔剂法虽然工艺简单,易于操作,但其制备的多孔陶瓷孔隙分布不均匀、孔隙率较低;冷冻干燥法其制品的结构完整、孔隙率高、机械强度大,但是生产成本过高,制备过程中要求严格,不适合工厂化大规模生产;溶胶-凝胶法虽然具有反应条件容易达成、反应过程温和可控、原材料丰富等优点,但是其制备出的多孔陶瓷强度低,且成本较高,同样也不利于工业化大规模生产;生物模板法具有原材料丰富、生产成本低、可以复刻出与生物模板材料相近的孔隙结构、获得与一些所用生物模板材料性能的优点,但是生物模板在烧结时易于断裂,会对制品结构造成破坏,同时具有生产周期长、制品外层容易剥落的缺点,同样不适用于工业化生产。
多孔TaC陶瓷是多孔陶瓷的典型代表,其不仅具有多孔陶瓷的性质优点,且更为优异的耐高温、耐酸碱腐蚀性能,如文献“Adsorption properties and preparation ofporous TaC ceramics with regular steps”, Ning-NingYan等,《Journal of Alloysand Compounds》第731卷,第971-977页,公开了一种多孔TaC陶瓷的制备方法,其是将碳粉与Ta2O5粉末按摩尔比混合,注入石墨模具,再将石墨模具放入高温烧结炉中,将温度提高到2100℃,保持2h,以氩气作为样品的保护气体,制备多孔TaC陶瓷。该方法虽然可以在一定程度上避免由于烧结过程中坯体的收缩而造成的裂纹、断裂等缺陷的产生,使制品形状不发生改变,同时也可以减少能耗、降低生产成本。但是其缺点在于烧结温度依然相对较高,且所制备多孔陶瓷的孔隙率较低,利用反应烧结所得的多孔TaC陶瓷的孔隙率为65.321%。
因此,综合以上分析,现有的多孔TaC陶瓷制备方法相对单一,且存在反应温度偏高、孔隙率偏低等问题。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明的第一个目的在于提供一种多孔TaC陶瓷材料的制备方法。本发明的制备方法,将反应烧结和熔盐法相结合,制备多孔TaC陶瓷,在较低的烧结温度下可制备获得孔隙率≥90%的多孔TaC陶瓷材料,且本发明所提供的制备方法具有工艺简单、制备周期短、制备条件简单等优点,有利于实现大规模工业化生产。
本发明的第二个目的在于提供上述制备方法所制备的一种多孔TaC陶瓷材料。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
本发明提供一种多孔TaC陶瓷材料的制备方法,将钽源A、氟盐、氯盐混合获得熔盐粉料,取一部分熔盐粉料与反应烧结原料粉末混合获得混合粉料,将混合粉末压制成型获得预制体,再取一部分熔盐粉料将预制体包埋,然后于1300-1500℃进行烧结,即得多孔TaC陶瓷材料;所述反应烧结原料粉末由钽源B与碳源组成。
本发明所提供的制备方法,采用反应烧结和熔盐法相结合,块状的预制体中,由熔盐粉料与反应烧结原料粉末的混合粉末压制成型获得,此外再采用熔盐粉料包裹,在反应过程中,预制体中的盐类物质随着温度的升高逐步变成融化态,再变成气体挥发,在预制体表面及内部形成气体孔洞,从而形成多孔TaC陶瓷材料;同时,由于预制体包裹了熔盐粉料,采用了熔盐辅助,主要是通过熔盐提供的液相介质环境,能够加速反应物在液态熔盐中的扩散。反应物在液态的熔盐中扩散速率快,这是因为表面能受熔盐的极化作用得到提高,更易突破发生反应所需的反应势垒,可以显著降低反应温度、缩短反应时间,并且在液态的熔融盐中进行的反应,反应介质具有流动性,能使反应物分散的更均匀,并为预制块体提供液相盐类环境从而使得Ta离子更加活跃,能够使生成的多孔碳化钽更加均匀、孔隙率更高。
本发明的制备方法,有效的结合了反应烧结和熔盐法的优点,反应烧结操作简单,反应时间较短,然而制备出的碳化钽孔隙率不高;而熔盐法操作简单,能降低反应温度,提高反应速率,进而缩短反应时间,同时,预制体内的熔盐能够与碳元素发生反应生成碳化钽,并且熔盐能转变为气态,在预制体内部留下孔隙,提高孔隙率,将二者结合更能凸显优势,反应烧结在反应过程中容易产生非均匀性,反应产物不均匀分布的情况,而熔盐法能解决此缺陷,包裹的盐类物质在高温下变成熔融态,能均匀分布在预制体内,与预制体中残留的碳反应。
发明人发现,只有是按本发明的方式配取用于包裹的熔盐粉料,以及混合粉料粉料,最终才能或得纯度高,且孔隙率高的多孔TaC陶瓷材料,即使是在总的成分比例不变的情况下,将钽源只加入混合粉料中,或只加在用于包裹的熔盐粉料中,都会影响到最终的成型,即使能成型,也会因为与碳反应不完全,导致多得多孔TaC陶瓷材料的纯度低。
此外,若是包裹的熔盐粉料,单纯的使用反应性熔盐,还会由于使得熔盐含量增加,对设备造成损害。
优选的方案,所述熔盐粉料中,按质量比计,氯盐:氟盐:钽源A=50-120:3-10:4-10。
在本发明的熔盐粉料中,将氯盐与氟盐质量比控制在上述熔盐浆料配比范围内,最终所得熔盐体系具有较低的粘度和较低的熔点,这是由于在熔融状态下,反应成分在液相中的流动性增强,反应物质的扩散速率明显提高,而熔盐贯穿在粉体颗粒之间,阻止颗粒之间的相互连接,因此熔盐法制得的粉体无团聚或仅有弱团聚,因此利用熔盐法能够大幅度地降低合成温度和缩短反应时间。
当然,钽源的加入量也需要有效控制,若是钽源加入过多容易造成粉料浪费,若是钽源加入过少,会使得预制体内残留碳反应不完全,获得的多孔碳化钽纯度不高。
进一步的优选,所述熔盐粉料中,按质量比计,氯盐:氟盐:钽源A=90-110:3-7:4-7。
优选的方案,所述氯盐选自氯化钾、氯化钠、氯化钙、氯化钽中的至少一种,优选为氯化钠和/或氯化钾。当氯盐优选氯化钠、氯化钾低熔点熔盐时,由于氯化钠、氯化钾与晶体不发生反应,在晶体中的固溶度较小,与晶体不易形成固溶体的化合物,具有小的粘滞性,有利于溶质和能量的输送,从而提高溶解速率和扩散速率,达到降低反应温度的作用,并且氯化钠、氯化钾原料易得,成本较低。
优选的方案,所述氟盐选自氟化锂、氟化钾、氟化钙、氟化钠、氟钽酸钾、五氟化钽中的至少一种,优选为氟钽酸钾和/或五氟化钽。发明人发现,优选氟钽酸钾和/或五氟化钽作为反应性熔盐,氟钽酸钾或五氟化钽所产生的钽离子活性大,会进一步与残余碳元素反应,生成碳化钽。同时,将熔盐粉料与钽源、碳源粉末均匀混合,反应性熔盐填充于粉末之间,那么在烧结过程中,随着温度的升高,其盐类逐渐变成熔融态,使得反应物与盐的熔体之间表面能和界面能在熔融状态下不断的降低,从而增大反应物与盐熔体之间的接触面积,反应更加充分,因此,使得熔盐法最终合成的物质纯度高,而采用氟钽酸钾和/或五氟化钽时,所制备出的多孔碳化钽纯度更高,且其孔隙率更高。
优选的方案,所述钽源A选自钽粉、氧化钽、氯化钽中的一种,优选为钽粉。
发明人发现,熔盐粉料中的钽源优选为钽粉时,一方面,纯度高,另一方面,更易于烧结。
优选的方案,所述钽源A的纯度≥99.9%,钽源A的粒度≤2500目。
优选的方案,将钽源A、氟盐、氯盐置于研钵中研磨混合,再过80-120目筛,取筛下物,获得熔盐粉料。
优选的方案,所述反应烧结原料粉末中,钽源B与碳源的摩尔比为 1:7-10。
优选的方案,所述钽源B选自钽粉、氧化钽、氯化钽中的一种,优选为氧化钽。
从工业角度考虑,金属氧化物的碳热还原法是使用得最广泛的一种方法,但是由于其还原温度在1500℃以上,反应速率十分缓慢,更高温度反应时TaC颗粒容易长大,降低其力学性能。而利用熔盐的方法可以使粉末之间的接触面积增大,扩散速率增加,从而加快反应速率,降低反应温度。
优选的方案,所述碳源选自石墨粉、碳粉、酚醛树脂中的至少一种。
优选的方案,所述碳源的纯度≥99.9%,粒径为300-500目。
优选的方案,所述混合粉料中,反应烧结原料粉末与熔盐粉料的质量比为1-3:1。
在本发明中,将反应烧结原料粉末与熔盐粉料的比例控制在上述范围内,所得多孔TaC陶瓷材料强度高,孔隙率高,若是盐粉料过多,则形成的气体孔洞过多,从而导致材料内部结合力不强,不利于烧结成型;而熔盐粉料过少,则使得孔洞过少,孔隙率不高。
优选的方案,取一部分熔盐粉料与反应烧结原料粉末混合的方式为球磨,球磨方式为干法球磨,所述球磨以空气为球磨介质,球磨的转速为40-60r/min,球磨的时间为12-24h。在实际操作过程中,球磨完成后,于鼓风干燥箱中干燥5-10h,得到混合粉料。
进一步的优选,所述球磨时,球料比为0.2-0.7:1。
采用上述条件下获得混合粉料,可以使粉末粒子细化,充分混合均匀,促进烧结。在实际操作过程中,可采用磨球也可不采用,不采用的原因是便捷,操作简单,易清洗,且由于与熔盐混合,因此采用干法球磨,若采用磨球时,则控制球料比为0.2-0.7:1,球磨效果最优。
优选的方案,所述压制成型的压力为10-25MPa。在实际操作过程中,将混合粉末在模压机上进行压制,将压力控制在本发明范围内,可以获得牢固的预制体,可以确保烧结后所得材料的强度高,且不发生翘曲。
优选的方案,用于包埋预制体的熔盐粉料,其中30-50%置于预制体的底部,剩余的置于预制体的上部。
优选的方案,所述预制体与用于包埋预制体的熔盐粉料的质量比为1:1-1.5。
将预制体与用于包埋预制体的熔盐粉料的质量比控制在上述范围内,反应最完全,所得多孔TaC陶瓷材料的纯度高,孔隙率高。
优选的方案,所述烧结的过程为:先以3-5℃/min的升温速率升温至1000-1200℃,保温30-60min,再以3-5℃/min的升温速率升温至1300-1500℃,保温30-60min。
本发明的烧结过程,先升温至1000-1200℃保温,此时盐类处于熔融状态,反应活性大,使得预制体内部的熔盐与包覆的熔盐更易与碳发生反应,使得反应完全;然后再升温至1300-1500℃去除盐类,并最终烧结成型。
在实际操作过程中,将载有预制体的石墨罐置于烧结炉中,首先对炉内进行抽真空处理,使之抽到50pa以下,然后再往管式炉中充入Ar气,使炉内达到一个大气压,然后升温保温烧结,烧结完成后,最后随炉冷却,冷却是指降低炉体的电压,使其逐渐冷却而非自然冷却,降温速率为2-6℃/min。
本发明还提供上制备方法所制备的一种多孔TaC陶瓷材料。
优选的方案,所述多孔TaC陶瓷材料的孔隙率为90-95%,密度为1.5-2.5g/cm3。
通过本发明的制备方法,所制得的多孔TaC陶瓷材料的孔隙率高达90-95%,此时,无论是开口孔隙与闭合孔隙均多,开孔具有过滤、吸收、吸附、消除回声等作用;而闭口则有利于阻碍热量、声音以及液体与固体微粒传递,有利于扩展多孔陶瓷的应用。
原理与优势
本发明所提供的制备方法,采用反应烧结和熔盐法相结合,块状的预制体中,由含熔盐粉料与反应烧结原料粉末的混合粉末压制成型获得,此外再采用熔盐粉料包裹,在反应过程中,预制体中的盐类物质随着温度的升高逐步变成融化态,再变成气体挥发,在预制体表面及内部形成气体孔洞,从而形成多孔TaC陶瓷材料;同时,由于预制体包裹了熔盐粉料,采用了熔盐辅助,主要是通过熔盐提供的液相介质环境,能够加速反应物在液态熔盐中的扩散。反应物在液态的熔盐中扩散速率快,这是因为表面能受熔盐的极化作用得到提高,更易突破发生反应所需的反应势垒,可以显著降低反应温度、缩短反应时间,并且在液态的熔融盐中进行的反应,反应介质具有流动性,能使反应物分散的更均匀,并为预制块体提供液相盐类环境从而使得Ta离子更加活跃,能够使生成的多孔碳化钽更加均匀、孔隙率更高。
本发明的制备方法,有效的结合了反应烧结和熔盐法的优点,反应烧结操作简单,反应时间较短,然而制备出的碳化钽孔隙率不高;而熔盐法操作简单,能降低反应温度,提高反应速率,进而缩短反应时间,同时,预制体内的熔盐能够与碳元素发生反应生成碳化钽,并且熔盐能转变为气态,在预制体内部留下孔隙,提高孔隙率,将二者结合更能凸显优势,反应烧结在反应过程中容易产生非均匀性,反应产物不均匀分布的情况,而熔盐法能解决此缺陷,包裹的盐类物质在高温下变成熔融态,能均匀分布在预制体内,与预制体中残留的碳反应。同时,在反应结束后,用温度较高的去离子水清洗数次,从而可以把反应物中的盐稀释掉,所以利用熔盐法可以形成纯度较高的反应物。
与现有技术相比,本发明的优点与积极效果体现在:
本发明采用反应烧结和熔盐法相结合制备的多孔陶瓷,其制备温度低,较现有利用氧化钽通过反应烧结的方法制备碳化钽陶瓷的制备温度低600-750℃;
制备工艺简单为一步法,可以在工业中生产;
本发明采用反应烧结和熔盐法相结合的制备方法,不仅可以制备出多孔碳化钽,同时其方法也可以用来制备其他碳化物多孔陶瓷(如多孔碳化硅、多孔碳化锆等),为制备多孔陶瓷提供新思路,扩展新路线。
附图说明
图1为实施例1通过本发明的制备方法获得的多孔TaC陶瓷材料SEM图。
图2为实施例1通过本发明的制备方法获得的多孔TaC陶瓷材料的放大SEM图。
图3为实施例1通过本发明的制备方法获得的多孔TaC陶瓷材料的相组成XRD分析图。
具体实施方式
结合实施例和附图对本发明作进一步描述:
实施例1
以质量比4:5:0.3:0.7的比例称取NaCl、KCl、K2TaF6、Ta粉并进行球磨干混,制得所需熔盐粉料,然后再以氧化钽粉末、碳粉的摩尔比为1:7配置反应烧结原料,以一部分熔盐粉料与反应烧结原料粉末的质量比为3:1配置混合粉末进行球磨,所述球磨以空气为球磨介质,球磨的转速为40r/min,球磨的时间为24h。在实际操作过程中,球磨完成后,于鼓风干燥箱中干燥10h,得到混合粉料。通过对所述混合粉体于20MPa进行压制成型,获得所述预制体,其预制体为5.693g,然后将所述预制体置于石墨罐内,其中石墨罐上下都铺覆石墨纸,再对预制体进行熔盐粉料包埋。其中,熔盐粉料为6g,先铺30%粉料于石墨罐底,再将混合粉末制成的预制体置于熔盐粉料上,最后将剩余熔盐粉料包裹预制体。再置于氧化铝方舟中,然后置于管式炉内,进行抽真空处理,使炉内气压低于50Pa。随后,向管式炉内冲入氩气保护,使得炉内气压与外界大气压平衡,再以5℃/min的升温速率升到1200℃并保温60min,再以3℃/min的升温速率升温至1500℃保温3h。保温结束后以5℃/min冷却至500℃,再随炉冷却至室温,取出方舟,用去离子水清洗样品,烘干后即可得到多孔TaC陶瓷材料。
图1显示利用扫描电子显微镜测得实施例1中所制多孔TaC陶瓷材料的显微形貌照片。
图2为放大倍数下的多孔TaC陶瓷材料的显微形貌照片,由图2可见,多孔TaC陶瓷材料的孔隙很多,孔径大小约为60-150µm。图3显示利用X射线衍射测得实施例1中所制多孔TaC陶瓷材料的物相组成。由图3可以看出多孔TaC陶瓷材料由TaC构成,TaC峰型高且尖锐,说明Ta与C反应完全,且陶瓷中没有残留盐,陶瓷相含量高且结晶度较好。
实施例2
以质量比4:6:0.6:0.4的比例称取NaCl、CaCl、K2TaF6、Ta粉并进行球磨干混,制得所需熔盐粉料,然后再以氧化钽粉末、碳粉的摩尔比为1:8配置反应烧结原料,以一部分熔盐粉料与反应烧结原料粉末的质量比为2:1配置混合粉末进行球磨,所述球磨以氧化锆球为球磨介质,球磨的转速为50r/min,球磨的时间为24h。在实际操作过程中,球磨完成后,于鼓风干燥箱中干燥8h,得到混合粉料。通过对所述混合粉体于10MPa进行压制成型,获得所述预制体,其中预制体重量为6.763g。然后将所述预制体置于石墨罐内,其中石墨罐上下都铺覆石墨纸,再对预制体进行熔盐粉料包埋。其中,熔盐粉料为8g,先铺30%粉料于石墨罐底,再将混合粉末制成的预制体置于熔盐粉料上,最后将剩余熔盐粉料包裹预制体。再置于氧化铝方舟中,然后置于管式炉内,进行抽真空处理,使炉内气压低于50Pa。随后,向管式炉内冲入氩气保护,使得炉内气压与外界大气压平衡,再以5℃/min的升温速率升到1000℃并保温60min,再升温至1350℃保温3h。保温结束后以3℃/min冷却至500℃,再随炉冷却至室温,取出方舟,用去离子水清洗样品,烘干后即可得到多孔TaC陶瓷材料。
实施例3
以质量比4:6:0.6:0.4的比例称取NaCl、KCl、K2TaF6、Ta粉并进行球磨干混,制得所需熔盐粉料,然后再以钽粉末、酚醛树脂粉的摩尔比为1:7配置粉末,上述得到粉末与熔盐粉料的质量比为1:1配置混合粉末。通过对所述混合粉体于25MPa进行压制成型,获得所述预制体,其中预制体的重量为5.397g。然后将所述预制体置于石墨罐内,其中石墨罐上下都铺覆石墨纸,再对预制体进行熔盐粉料包埋。其中,熔盐粉料为6g,先铺30%粉料于石墨罐底,再将混合粉末制成的预制体置于熔盐粉料上,最后将剩余熔盐粉料包裹预制体。再置于氧化铝方舟中,然后置于管式炉内,进行抽真空处理,使炉内气压低于50Pa。随后,向管式炉内冲入氩气保护,使得炉内气压与外界大气压平衡,再以5℃/min的升温速率升到1200℃并保温30min,再升温至1500℃保温5h。保温结束后以5℃/min冷却至500℃,再随炉冷却至室温,取出方舟,用去离子水清洗样品,烘干后即可得到多孔TaC陶瓷材料。
对比例1
以摩尔比为1:7的氧化钽粉末、碳粉经过球磨干磨得到混合粉末,然后进行压制成型,获得所述预制体,然后将所述预制体置于石墨罐内,置于氧化铝方舟中,再置于管式炉内,进行抽真空处理,使炉内气压低于50Pa。随后,向管式炉内冲入氩气保护,使得炉内气压与外界大气压平衡,再以5℃/min的升温速率升到1200℃并保温60min,再升温至1500℃保温3h。保温结束后以5℃/min冷却至500℃,再随炉冷却至室温,取出方舟,用去离子水清洗样品,烘干后即可得到多孔TaC陶瓷材料。
根据阿基米德排水法测定实施例1-3以及对比例1所得试样的密度:首先将试样彻底烘干,用电子天平称出试样在空气中的干重m1;然后将试样放入装有蒸水的密闭容器中,抽真空至不再产生气泡为止,取出试样,将其放在悬挂于电子天平下方的托盘上,并使试样完全浸没于盛放蒸馏水的烧杯中不与天平接触,测出试样在水中的浮重m2;最后取出试样,用湿毛巾擦去试样表面的水分,用电子天平测出其湿重m3。最后再通过式1计算孔隙率:
计算结果如表1所示。
对比例2
以质量比4:5:0.3:0.7的比例称取NaCl、KCl、K2TaF6、Ta粉并进行球磨干混,制得所需熔盐粉料,然后再以一部分熔盐粉料与碳粉的质量比为3:1配置混合粉末进行球磨,所述球磨以空气为球磨介质,球磨的转速为40r/min,球磨的时间为24h。在实际操作过程中,球磨完成后,于鼓风干燥箱中干燥10h,得到混合粉料。通过对所述混合粉体进行压制成型,获得所述预制体,其预制体为5.461g,然后将所述预制体置于石墨罐内,其中石墨罐上下都铺覆石墨纸,再对预制体进行熔盐粉料包埋。其中,熔盐粉料为6g,先铺30%粉料于石墨罐底,再将混合粉末制成的预制体置于熔盐粉料上,最后将剩余熔盐粉料包裹预制体。再置于氧化铝方舟中,然后置于管式炉内,进行抽真空处理,使炉内气压低于50Pa。随后,向管式炉内冲入氩气保护,使得炉内气压与外界大气压平衡,再以5℃/min的升温速率升到1200℃并保温60min,再升温至1500℃保温3h。保温结束后以5℃/min冷却至500℃,再随炉冷却至室温,取出方舟,所得为黑色粉末,未成型。
对比例3
以质量比4:5:0.3的比例称取NaCl、KCl、K2TaF6粉并进行球磨干混,制得所需熔盐粉料,然后再以氧化钽粉末、碳粉的摩尔比为1:7配置反应烧结原料,以一部分熔盐粉料与反应烧结原料粉末的质量比为3:1配置混合粉末进行球磨,所述球磨以空气为球磨介质,球磨的转速为50r/min,球磨的时间为24h。在实际操作过程中,球磨完成后,于鼓风干燥箱中干燥10h,得到混合粉料。通过对所述混合粉体进行压制成型,获得所述预制体,其预制体为5.983g,然后将所述预制体置于石墨罐内,其中石墨罐上下都铺覆石墨纸,再对预制体进行熔盐粉料包埋。其中,熔盐粉料为6g,先铺30%粉料于石墨罐底,再将混合粉末制成的预制体置于熔盐粉料上,最后将剩余熔盐粉料包裹预制体。再置于氧化铝方舟中,然后置于管式炉内,进行抽真空处理,使炉内气压低于50Pa。随后,向管式炉内冲入氩气保护,使得炉内气压与外界大气压平衡,再以5℃/min的升温速率升到1200℃并保温60min,再升温至1500℃保温3h。保温结束后以3℃/min冷却至500℃,再随炉冷却至室温,取出方舟,所得为粉末,颜色为暗黄色,未成型。
对比例4
其他条件与实施例相同,只是将按比例配取的Ta粉,均加入混合粉末中,而用于包裹预制体的粉末中不配入Ta粉,结果产品仍为粉末,颜色为黑色,产品未成型。
Claims (8)
1.一种多孔TaC陶瓷材料的制备方法,其特征在于:将钽源A、氟盐、氯盐混合获得熔盐粉料,取一部分熔盐粉料与反应烧结原料粉末混合获得混合粉料,将混合粉末压制成型获得预制体,再取一部分熔盐粉料将预制体包埋,然后于1300-1500℃进行烧结,即得多孔TaC陶瓷材料;所述反应烧结原料粉末由钽源B与碳源组成;
所述熔盐粉料中,按质量比计,氯盐:氟盐:钽源A=50-120:3-10:4-10;
所述反应烧结原料粉末中,钽源B与碳源的摩尔比为1:7-10;
所述混合粉料中,反应烧结原料粉末与熔盐粉料的质量比为1-3:1;
所述预制体与用于包埋预制体的熔盐粉料的质量比为1:1-1.5。
2.根据权利要求1所述的一种多孔TaC陶瓷材料的制备方法,其特征在于:
所述氯盐选自氯化钾、氯化钠、氯化钙、氯化钽中的至少一种,
所述氟盐选自氟化锂、氟化钾、氟化钙、氟化钠、氟钽酸钾、五氟化钽中的至少一种,
所述钽源A选自钽粉、氧化钽、氯化钽中的一种,
将钽源A、氟盐、氯盐置于研钵中研磨混合,再过80-120目筛,取筛下物,获得熔盐粉料。
3.根据权利要求1或2所述的一种多孔TaC陶瓷材料的制备方法,其特征在于:
所述钽源B选自钽粉、氧化钽、氯化钽中的一种,
所述碳源选自石墨粉、碳粉、酚醛树脂中的至少一种,
所述碳源的纯度≥99.9%,粒径为300-500目。
4.根据权利要求1或2所述的一种多孔TaC陶瓷材料的制备方法,其特征在于:取一部分熔盐粉料与反应烧结原料粉末混合的方式为球磨,球磨方式为干法球磨,所述球磨以空气为球磨介质,球磨的转速为40-60r/min,球磨的时间为12-24h;
所述球磨时,球料比为0.2-0.7:1。
5.根据权利要求1或2所述的一种多孔TaC陶瓷材料的制备方法,其特征在于:所述压制成型的压力为10-25MPa。
6.根据权利要求1或2所述的一种多孔TaC陶瓷材料的制备方法,其特征在于:用于包埋预制体的熔盐粉料,其中30-50%置于预制体的底部,剩余的置于预制体的上部。
7.根据权利要求1或2所述的一种多孔TaC陶瓷材料的制备方法,其特征在于:所述烧结的过程为:先以3-5℃/min的升温速率升温至1000-1200℃,保温30-60min,再以3-5℃/min的升温速率升温至1300-1500℃,保温30-60min。
8.权利要求1-7任意一项所述的制备方法所制备的一种多孔TaC陶瓷材料,其特征在于:所述多孔TaC陶瓷材料的孔隙率为90-95%,密度为1.5-2.5g/cm3。
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Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57101730A (en) * | 1980-12-17 | 1982-06-24 | Sumitomo Alum Smelt Co Ltd | Protecting tube for measuring temperature of fused salt bath |
| JPH0340975A (ja) * | 1989-07-10 | 1991-02-21 | Takayuki Matsui | 多孔質無機物焼結耐熱材 |
| US5326519A (en) * | 1990-12-11 | 1994-07-05 | Nils Claussen | Process of preparing zirconium oxide-containing ceramic formed bodies |
| CN102225764A (zh) * | 2011-05-25 | 2011-10-26 | 山东理工大学 | 碳化钽粉体的制备方法 |
| WO2014154343A1 (de) * | 2013-03-26 | 2014-10-02 | Karlsruher Institut für Technologie | Verfahren zur herstellung von keramiken mit variierender porenstruktur |
| CN104446637A (zh) * | 2014-12-08 | 2015-03-25 | 武汉科技大学 | 基于熔盐介质成孔氮化硅结合碳化硅材料及其制备方法 |
| KR20180115504A (ko) * | 2017-04-13 | 2018-10-23 | 국방과학연구소 | 시트형 다공성 세라믹 프리폼의 제조방법 |
| CN109868396A (zh) * | 2019-04-12 | 2019-06-11 | 安徽信息工程学院 | 一种熔盐材料及其制备方法和应用 |
| CN109928756A (zh) * | 2019-03-15 | 2019-06-25 | 西安交通大学 | 一种碳化硅增强碳基复合材料及制备方法 |
| CN111592359A (zh) * | 2020-05-28 | 2020-08-28 | 西安航空学院 | 一种基于多孔碳模板制备多孔wc陶瓷的方法 |
| CN112897991A (zh) * | 2021-03-12 | 2021-06-04 | 武汉科技大学 | 一种基于熔盐法的硼酸镁晶须多孔陶瓷材料及其制备方法 |
| CN116444296A (zh) * | 2023-05-04 | 2023-07-18 | 中南大学 | 一种利用熔盐法在石墨基体上制备碳化钽涂层的方法 |
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Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57101730A (en) * | 1980-12-17 | 1982-06-24 | Sumitomo Alum Smelt Co Ltd | Protecting tube for measuring temperature of fused salt bath |
| JPH0340975A (ja) * | 1989-07-10 | 1991-02-21 | Takayuki Matsui | 多孔質無機物焼結耐熱材 |
| US5326519A (en) * | 1990-12-11 | 1994-07-05 | Nils Claussen | Process of preparing zirconium oxide-containing ceramic formed bodies |
| CN102225764A (zh) * | 2011-05-25 | 2011-10-26 | 山东理工大学 | 碳化钽粉体的制备方法 |
| WO2014154343A1 (de) * | 2013-03-26 | 2014-10-02 | Karlsruher Institut für Technologie | Verfahren zur herstellung von keramiken mit variierender porenstruktur |
| CN104446637A (zh) * | 2014-12-08 | 2015-03-25 | 武汉科技大学 | 基于熔盐介质成孔氮化硅结合碳化硅材料及其制备方法 |
| KR20180115504A (ko) * | 2017-04-13 | 2018-10-23 | 국방과학연구소 | 시트형 다공성 세라믹 프리폼의 제조방법 |
| CN109928756A (zh) * | 2019-03-15 | 2019-06-25 | 西安交通大学 | 一种碳化硅增强碳基复合材料及制备方法 |
| CN109868396A (zh) * | 2019-04-12 | 2019-06-11 | 安徽信息工程学院 | 一种熔盐材料及其制备方法和应用 |
| CN111592359A (zh) * | 2020-05-28 | 2020-08-28 | 西安航空学院 | 一种基于多孔碳模板制备多孔wc陶瓷的方法 |
| CN112897991A (zh) * | 2021-03-12 | 2021-06-04 | 武汉科技大学 | 一种基于熔盐法的硼酸镁晶须多孔陶瓷材料及其制备方法 |
| CN116444296A (zh) * | 2023-05-04 | 2023-07-18 | 中南大学 | 一种利用熔盐法在石墨基体上制备碳化钽涂层的方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Microstructures and mechanical properties of novel C/C-TaC composite;Wang Ya-lei;《Chinese Journal of Nonferrous Metals》;20180430;第18卷(第4期);第608-613页 * |
| 微米及亚微米孔径多孔陶瓷的制备及应用;梁雅儒;刘如铁;熊翔;;人工晶体学报;20160915(第09期);第1-2页 * |
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