一种直接发泡Al2O3-AlN多孔复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种直接发泡Al2O3‑AlN多孔复合材料及其制备方法。其技术方案是：将100质量份的Al4O4C粉末和20～30质量份的去离子水混匀，得到Al4O4C料浆。将0.5～3质量份的发泡剂与所述发泡剂10～15倍的去离子水混合，搅拌，制得泡沫。向所述Al4O4C浆料中加入所述泡沫，边加入边搅拌，泡沫全部加入后继续搅拌1～3min，倒入模具中，静置，干燥，脱模，得到Al4O4C胚体。将所述Al4O4C坯体置于气氛炉内，在氮气气氛和1200～1600℃条件下保温1～2h，自然冷却，得到直接发泡Al2O3‑AlN多孔复合材料。本发明专利技术制备温度低、烧结时间短、工艺简单和成本低廉，所制备的直接发泡Al2O3‑AlN多孔复合材料材料抗氧化性优异、机械性能高和热稳定性好。

【技术实现步骤摘要】
一种直接发泡Al2O3-AlN多孔复合材料及其制备方法
本专利技术属于多孔复合材料
具体涉及一种直接发泡Al2O3-AlN多孔复合材料及其制备方法。
技术介绍
Al2O3陶瓷强度硬度高、优异的耐磨耐腐蚀性和良好的绝缘性，广泛应用于中小功率的微波管中。AlN热导率好、介电损耗低和绝缘性好，是有前途的大功率微波管材料，但其机械性能差，不能满足高强薄型的使用要求。由于近年来微波器件向着大功率，毫米波方向发展，窗口材料所承载的能量密度越来越大，对于窗口用微波材料的综合性能(机械性能、导热性能、介电性能)要求越来越高，特别是需要高强度的薄型器件。所以结合Al2O3与AlN的特性进行复合，优势互补，希望获得综合性能优异的复合材料为本领域技术人员所关注。已有不少学者对AlN-Al2O3复合材料展开了研究。如李宁宁等以Al作为相变材料，采用直接氮化法制备出一种核壳结构Al@AlN-Al2O3新型高温复合相变蓄热材料(李宁宁,李孔斋,魏永刚,等.Al@AlN-Al2O3高温复合相变蓄热材料的制备与性能研究[J].太阳能学报,2016,37(11):2875-2882)。顾幸勇等在研究Al2O3陶瓷导热性能的时候，通过加入适量的AlN,合成了AlN-Al2O3复相陶瓷，有效提高了陶瓷的热导率。(顾幸勇,张爱华,罗婷.AlN改善Al2O3陶瓷导热性能的研究[J].陶瓷学报,2007,28(2):84-88)。蔡克峰等用Al粉与Al2O3混合，在氮气条件下反应烧结制备了A1N-Al2O3复合材料(蔡克峰,南策文,袁润章.反应烧结制备A1N-Al2O3复合陶瓷的机理研究.硅酸盐学报,1996.24(2):216)。陈兴以AlN和Al2O3为原料和以Y2O3为烧结助剂，N2气氛下在1650℃条件下热压烧结制备出了A1N-Al2O3复相陶瓷，并讨论了Al2O3含量对材料性能的影响(陈兴,杨建,丘泰.Al2O3加入量对AlN-Al2O3复相陶瓷制备及性能的影响[J].人工晶体学报,2010,39(6):1422-1428)。以上制备方法烧结温度较高、烧结时间过长，有的甚至还需添加烧结助剂和机械混合，制得的材料机械性能差和热稳定性低。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有技术缺陷，目的在于提供一种制备温度低、烧结时间短、工艺简单、成本低廉的直接发泡Al2O3-AlN多孔复合材料的方法，用该方法制备的直接发泡Al2O3-AlN多孔复合材料抗氧化性优异、机械性能高和热稳定性好。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案的步骤是：步骤一、将100质量份的Al4O4C粉末和20～30质量份的去离子水混合，搅拌均匀，得到Al4O4C料浆。步骤二、将0.5～3质量份的发泡剂与所述发泡剂10～15倍的去离子水混合，搅拌1～5min，制得泡沫。步骤三、向所述Al4O4C浆料中加入所述泡沫，边加入边搅拌，泡沫全部加入后继续搅拌1～3min，倒入模具中，自然状态下静置1～3h，于50～80℃条件下干燥，脱模，得到Al4O4C胚体。步骤四、将所述Al4O4C坯体置于气氛炉内，在氮气气氛和1200～1600℃条件下保温1～2h，自然冷却至室温，得到直接发泡Al2O3-AlN多孔复合材料。所述Al4O4C粉末的Al4O4C含量≥98.0wt％，粒度≤150μm。所述发泡剂为丙二醇、羟乙基纤维素和平平加中的一种或两种物质与聚乙二醇600的混合物。所述氮气的纯度≥98.5％。采用上述方案，本专利技术与现有技术相比具有以下积极效果：本专利技术采用Al4O4C单一原料，不添加任何成型剂和烧结助剂，制得直接发泡Al2O3-AlN多孔复合材料，所述直接发泡Al2O3-AlN多孔复合材料在较低温度和较短时间下制得，工艺简单和成本低廉。本专利技术采用的Al4O4C粉末具有良好的抗氧化性和高熔点性能，能显著提高直接发泡Al2O3-AlN多孔复合材料的抗氧化性。本专利技术随着烧结温度的升高，所采用的Al4O4C粉末分解和氮化生成的Al2O3和AlN，不需要机械混合就能均匀的分布在基体中，且Al2O3和AlN的热膨胀系数相差不大，Al2O3相和AlN相能有效地结合在一起，制得的直接发泡Al2O3-AlN多孔复合材料机械性能高、热稳定性好。因此，本专利技术制备温度低、烧结时间短、工艺简单和成本低廉，所制备的直接发泡Al2O3-AlN多孔复合材料抗氧化性优异、机械性能高和热稳定性好。附图说明图1是本专利技术制备的一种直接发泡Al2O3-AlN多孔复合材料的XRD分析图；图2是图1所示直接发泡Al2O3-AlN多孔复合材料的SEM图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的描述，应理解下述具体实例仅用来说明本专利技术而非对其保护范围的限制。本具体实施方式中：所述Al4O4C粉末的Al4O4C含量≥98.0wt％，粒度≤150μm；所述氮气的纯度≥98.5％。实施例中不再赘述。实施例1一种直接发泡Al2O3-AlN多孔复合材料及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：步骤一、将100质量份的Al4O4C粉末和20～22质量份的去离子水混合，搅拌均匀，得到Al4O4C料浆。步骤二、将0.5～1质量份的发泡剂与所述发泡剂10～11倍的去离子水混合，搅拌1～5min，制得泡沫。步骤三、向所述Al4O4C浆料中加入所述泡沫，边加入边搅拌，泡沫全部加入后继续搅拌1～3min，倒入模具中，自然状态下静置1～1.4h，于50～60℃条件下干燥，脱模，得到Al4O4C胚体。步骤四、将所述Al4O4C坯体置于气氛炉内，在氮气气氛和1200～1280℃条件下保温1～2h，自然冷却至室温，得到直接发泡Al2O3-AlN多孔复合材料。所述发泡剂为丙二醇与聚乙二醇600的混合物。实施例2一种直接发泡Al2O3-AlN多孔复合材料及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：步骤一、将100质量份的Al4O4C粉末和22～24质量份的去离子水混合，搅拌均匀，得到Al4O4C料浆。步骤二、将1～1.5质量份的发泡剂与所述发泡剂11～12倍的去离子水混合，搅拌1～5min，制得泡沫。步骤三、向所述Al4O4C浆料中加入所述泡沫，边加入边搅拌，泡沫全部加入后继续搅拌1～3min，倒入模具中，自然状态下静置1.4～1.8h，于55～65℃条件下干燥，脱模，得到Al4O4C胚体。步骤四、将所述Al4O4C坯体置于气氛炉内，在氮气气氛和1280～1360℃条件下保温1～2h，自然冷却至室温，得到直接发泡Al2O3-AlN多孔复合材料。所述发泡剂为羟乙基纤维素与聚乙二醇600的混合物。实施例3一种直接发泡Al2O3-AlN多孔复合材料及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：步骤一、将100质量份的Al4O4C粉末和24～26质量份的去离子水混合，搅拌均匀，得到Al4O4C料浆。步骤二、将1.5～2质量份的发泡剂与所述发泡剂12～13倍的去离子水混合，搅拌1～5min，制得泡沫。步骤三、向所述Al4O4C浆料中加入所述泡沫，边加入边搅拌，泡沫全部加入后继续搅拌1～3min，倒入模具中，自然状态下静置1.8～2.2h，于60～70℃条件下干燥，脱模，得到Al4O4C胚体。步骤四、将所述Al4O4C坯体置于气氛炉内，在氮气气氛和1360～1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直接发泡Al2O3‑AlN多孔复合材料的制备方法，其特征在于所述制备方法的步骤是：步骤一、将100质量份的Al4O4C粉末和20～30质量份的去离子水混合，搅拌均匀，得到Al4O4C料浆；步骤二、将0.5～3质量份的发泡剂与所述发泡剂10～15倍的去离子水混合，搅拌1～5min，制得泡沫；步骤三、向所述Al4O4C浆料中加入所述泡沫，边加入边搅拌，泡沫全部加入后继续搅拌1～3min，倒入模具中，自然状态下静置1～3h，于50～80℃条件下干燥，脱模，得到Al4O4C胚体；步骤四、将所述Al4O4C坯体置于气氛炉内，在氮气气氛和1200～1600℃条件下保温1～2h，自然冷却至室温，得到直接发泡Al2O3‑AlN多孔复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种直接发泡Al2O3-AlN多孔复合材料的制备方法，其特征在于所述制备方法的步骤是：步骤一、将100质量份的Al4O4C粉末和20～30质量份的去离子水混合，搅拌均匀，得到Al4O4C料浆；步骤二、将0.5～3质量份的发泡剂与所述发泡剂10～15倍的去离子水混合，搅拌1～5min，制得泡沫；步骤三、向所述Al4O4C浆料中加入所述泡沫，边加入边搅拌，泡沫全部加入后继续搅拌1～3min，倒入模具中，自然状态下静置1～3h，于50～80℃条件下干燥，脱模，得到Al4O4C胚体；步骤四、将所述Al4O4C坯体置于气氛炉内，在氮气气氛和1200～1600℃条件下保温1～2h，自然冷却至室温，得到直接发泡Al2O3-AlN多孔复合材料。2.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：余超，郑永翔，丁军，邓承继，祝洪喜，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42