2150 中国有色金属学报 015年8月 Infiltration+ Pyrolysis Porous carbides and oxides Infiltration with Infiltration with Liquid SiC/Si metal alkoxide compoSt Wood+ Carbon+metalOxidationpe orous alkoxide ge Pyrolysis Carbon+ Oxidation Porous oxicaarbides 图4通过木质结构转变为多孔陶瓷的流程别 Fig.4 Processing routes to transform wood structures into porous ceramics,371 体环境下加热,并以一定速率升温得到生物碳模板。 在氯气氛围下,通过气态S与生物碳模板的反应,得 到多孔Si陶瓷。这种单相多孔SiC陶瓷的孔率为 71%,孔径为20μm,其轴向与切向的微观结构如图5 所示,由于制备的多孔SC保留了木材原有的显著熙 各向异性结构,其沿孔隙方向的力学性能要远高于垂 直孔隙方向的力学性能。钱军民等例采用椴木木粉作 为原料,浸渗酚醛树脂后压制成型并干燥、加热碳化, 再将制得的碳模板包埋于Si粉中渗Si,随后真空加热 除去未反应的Si。这种方式避免了使用块状天然木材 作为原料时制备的碳模板可能存在的不均匀现象,同 时少量的Si残余可以完善SiC骨架,提高陶瓷成品强 度。 除了木材之外,还有研究者使用纸张、树脂、沥 青和其他生物材料作为原料制备碳模板。渗Si的方式 也可分为气相法,液相法和溶胶-凝胶法。目前, 生物模板法制备多孔SiC陶瓷的主要缺陷是在碳模板 制备过程中易产生开裂,对高孔率的多孔SC陶瓷的 力学性能影响很大;此外,碳模板的制备时间长、渗 Si的过程对设备要求高,使得整个制备工艺成本偏高。图5松木在1600℃下与Si蒸气反应4h得到多孔SC陶 瓷的轴向和切向微观结构 23添加造孔剂法 Fig. 5 Micromorphologies ceramIc 添加造孔剂法制备多孔SiC陶瓷通过将造孔剂加 manufactured by Si-vapor infiltration of pyrolysed pine-wod 入SiC粉末或前驱体中,再通过后续的工艺将造孔剂atl600cfor4h:(a) n axial direction,(b) In tangential 除去,这样原本造孔剂所占据的位置便形成孔隙,之 direction1n 后再加热烧结形成多孔陶瓷,如图2(c)所示。因此 改变造孔剂的种类及添加量可以很方便地控制多孔陶类、陶瓷或其他粉末等。不同的造孔剂去除工艺各不 瓷成品的孔率、孔隙形貌和孔径及分布。造孔剂的种相同,有机高分子造孔剂通常采用加热分解的方式去 类非常广泛,包括天然或合成有机高分子、液体、盐除,液体造孔剂则通过结晶升华去除,盐类通过用水2150 中国有色金属学报 2015 年 8 月 图 4 通过木质结构转变为多孔陶瓷的流程[32, 37] Fig. 4 Processing routes to transform wood structures into porous ceramics[32, 37] 体环境下加热，并以一定速率升温得到生物碳模板。 在氩气氛围下，通过气态 Si 与生物碳模板的反应，得 到多孔 SiC 陶瓷。这种单相多孔 SiC 陶瓷的孔率为 71%，孔径为 20 μm，其轴向与切向的微观结构如图 5 所示[37]。由于制备的多孔 SiC 保留了木材原有的显著 各向异性结构，其沿孔隙方向的力学性能要远高于垂 直孔隙方向的力学性能。钱军民等[39]采用椴木木粉作 为原料，浸渗酚醛树脂后压制成型并干燥、加热碳化， 再将制得的碳模板包埋于 Si 粉中渗 Si，随后真空加热 除去未反应的 Si。这种方式避免了使用块状天然木材 作为原料时制备的碳模板可能存在的不均匀现象，同 时少量的 Si 残余可以完善 SiC 骨架，提高陶瓷成品强 度。 除了木材之外，还有研究者使用纸张、树脂、沥 青和其他生物材料作为原料制备碳模板。渗 Si 的方式 也可分为气相法，液相法和溶胶−凝胶法[40]。目前， 生物模板法制备多孔 SiC 陶瓷的主要缺陷是在碳模板 制备过程中易产生开裂，对高孔率的多孔 SiC 陶瓷的 力学性能影响很大；此外，碳模板的制备时间长、渗 Si 的过程对设备要求高，使得整个制备工艺成本偏高。 2.3 添加造孔剂法 添加造孔剂法制备多孔 SiC 陶瓷通过将造孔剂加 入 SiC 粉末或前驱体中，再通过后续的工艺将造孔剂 除去，这样原本造孔剂所占据的位置便形成孔隙，之 后再加热烧结形成多孔陶瓷，如图 2(c)所示。因此， 改变造孔剂的种类及添加量可以很方便地控制多孔陶 瓷成品的孔率、孔隙形貌和孔径及分布。造孔剂的种 类非常广泛，包括天然或合成有机高分子、液体、盐 图 5 松木在 1600 ℃下与 Si 蒸气反应 4 h 得到多孔 SiC 陶 瓷的轴向和切向微观结构[37] Fig. 5 Micromorphologies of porous SiC ceramic manufactured by Si-vapor infiltration of pyrolysed pine-wood at 1600 ℃ for 4 h: (a) In axial direction; (b) In tangential direction[37] 类、陶瓷或其他粉末等。不同的造孔剂去除工艺各不 相同，有机高分子造孔剂通常采用加热分解的方式去 除，液体造孔剂则通过结晶升华去除，盐类通过用水