本发明属于泡沫陶瓷制备，具体涉及一种低密度二硼化锆-碳化硅泡沫陶瓷材料的制备方法。
背景技术：
1、相较于常规的飞行器而言，高超声速飞行器的飞行速度更快(大于5马赫)，飞行空域更广(20～100km)，随着科学技术的不断发展，高超声速飞行器向着长航时、远航程和高马赫数的方向发展。在飞行的过程中，由于航行时间和航行速度的不断增大，高超声速飞行器面临着1600℃，甚至最高温度可达3000℃的高温环境。飞行器在高速飞行状态下的热流冲击，导致飞行器的外形烧蚀变形，甚至对高超声速飞行器内部的电子元件造成损伤，严重影响了飞行器的安全运行。高超声速飞行器马赫数的不断提高对飞行器的热防护系统提出了更高的要求，如更轻、更耐高温、更隔热、更稳定、成本更低和工艺周期更短等。
2、满足2500℃以上服役温度的材料有二硼化锆-碳化硅超高温陶瓷材料，难熔金属材料和c/c复合材料等。难熔金属材料具有高熔点、高硬度和易加工成型的特点，但是由于其密度高、易氧化，难以应用于高超声速飞行器的热防护系统。c/c复合材料通常具有较低的密度和良好的力学性能，目前被广泛应用于热防护系统中。但是通常c/c复合材料制备工艺复杂，同时在高温气动热载荷作用下材料发生氧化烧蚀并导致性能退化，影响了重复使用。二硼化锆-碳化硅超高温陶瓷这类材料具有极高的熔点(大于3000℃)和良好的高温稳定性，被认为是极具应用前景的高超声速的热防护材料。
3、但是目前低密度二硼化锆-碳化硅泡沫陶瓷面临着成型困难和烧结收缩的现象，在合成具有高孔隙率和优异性能的二硼化锆-碳化硅泡沫陶瓷方面遇到了挑战，王等利用部分烧结法制备的二硼化锆-碳化硅泡沫陶瓷最低密度为0.82g/cm3；陈等利用原位硼碳热还原反应制备的二硼化锆-碳化硅泡沫陶瓷最低密度为1.38g/cm3；张等利用发泡法制备的二硼化锆-碳化硅泡沫陶瓷最低密度为0.54g/cm3，目前制备的二硼化锆-碳化硅泡沫陶瓷材料仍存在密度偏高的问题，不能满足热防护材料轻质化应用需求。因此设计一种新型的制备方法，制备出低密度、高物相纯度的具有三维网状结构的二硼化锆-碳化硅泡沫陶瓷，满足高温热防护领域的需求。
技术实现思路
1、本发明提供一种低密度二硼化锆-碳化硅泡沫陶瓷材料的制备方法，以解决二硼化锆-碳化硅泡沫陶瓷面临着成型困难和烧结收缩的问题。本发明首先利用正硅酸乙酯和线性酚醛形成杂化凝胶，碳化成为碳化硅多孔材料，将含锆的陶瓷浸渍溶液浸渍碳化硅多孔模板，通过干燥和烧结步骤得到低密度二硼化锆-碳化硅泡沫陶瓷。
2、本发明的一种低密度二硼化锆-碳化硅泡沫陶瓷材料的制备方法，该方法包含以下步骤：
3、步骤一、在室温条件下，向乙醇中加入线性酚醛树脂、六亚甲基四胺和正硅酸乙酯，经过磁力搅拌充分溶解；在水浴条件形成凝胶，常温下进行干燥，直至质量不发生变化为止，得到干凝胶；将干凝胶进行碳化，后取出，得到多孔碳化硅模板材料；
4、步骤二、在乙二醇和h2o组成的溶剂中，溶解zrocl2·8h2o、h3bo3和蔗糖，得到浸渍溶液；其中，zrocl2·8h2o、h3bo3和蔗糖的摩尔比1:3～5:4～6；浸渍溶液老化后，将步骤一得到的多孔碳化硅模板材料放入浸渍液中，抽真空后，泄压取出，浸渍，充分干燥直到质量不再发生变化；
5、步骤三、将步骤二干燥后的样品放置于管式炉中进行烧结，随炉冷却至室温，得到二硼化锆-碳化硅泡沫陶瓷材料。
6、进一步地，步骤一中所加入的线性酚醛的浓度为0.1g/ml～2g/ml，六亚甲基四胺的浓度为0.01g/ml～0.2g/ml，正硅酸乙酯的浓度范围为0.2g/ml～4g/ml。
7、进一步地，步骤一中所述的凝胶温度为60℃～80℃，所述的碳化条件为：以1～10℃/min的升温速率升温至1300～1500℃，保温2h。
8、进一步地，步骤二中所述的乙二醇和h2o的比例为1:1～1:5。
9、进一步地，步骤二中抽真空至10000pa，并保持30min后，泄压取出，重复浸渍两次，在80℃进行干燥。
10、进一步地，步骤二中所述的干燥温度为80℃。
11、进一步地，步骤二中所述的zrocl2·8h2o、h3bo3和蔗糖的摩尔比1:4:5。
12、进一步地，步骤二中所加入的zrocl2·8h2o的浓度为0.3g/ml～1.5g/ml。
13、进一步地，步骤三中所述烧结条件为以1～10℃/min升温速率由室温升温至800～1200℃，保温0.5～1h；以1～5℃/min升温至1300～1700℃，保温2～4h。
14、进一步地，所述的低密度二硼化锆-碳化硅泡沫陶瓷材料的网状孔径为1～5μm，密度为0.3～0.5g/cm3。
15、本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：
16、(1)本发明利用正硅酸乙酯和线型酚醛形成杂化凝胶，碳化后形成碳化硅模板，后续通过浸渍、干燥和烧结的方式，在模板上原位生成二硼化锆材料，最终形成了二硼化锆-碳化硅泡沫陶瓷材料。线性酚醛作为模板的反应原料与正硅酸乙酯形成凝胶，可以满足在常压干燥的条件下制备低密度的si凝胶。
17、(2)本发明所述的二硼化锆-碳化硅泡沫陶瓷材料具有微米级别的孔隙结构和纳米级别的晶粒大小，均匀的网状结构有利于泡沫陶瓷材料的力学性能，使其能够满足高温热防护材料的承载能力，具有良好的高温热防护应用前景。
1.一种低密度二硼化锆-碳化硅泡沫陶瓷材料的制备方法，其特征在于该方法包含以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种低密度二硼化锆-碳化硅泡沫陶瓷材料的制备方法，其特征在于步骤一中所加入的线性酚醛的浓度为0.1g/ml～2g/ml，六亚甲基四胺的浓度为0.01g/ml～0.2g/ml，正硅酸乙酯的浓度范围为0.2g/ml～4g/ml。
3.根据权利要求1所述的一种低密度二硼化锆-碳化硅泡沫陶瓷材料的制备方法，其特征在于步骤一中所述的凝胶温度为60℃～80℃，所述的碳化条件为：以1～10℃/min的升温速率升温至1300～1500℃，保温2h。
4.根据权利要求1所述的一种低密度二硼化锆-碳化硅泡沫陶瓷材料的制备方法，其特征在于步骤二中所述的乙二醇和h2o的比例为1:1～1:5。
5.根据权利要求1所述的一种低密度二硼化锆-碳化硅泡沫陶瓷材料的制备方法，其特征在于步骤二中抽真空至10000pa，并保持30min后，泄压取出，重复浸渍两次，在80℃进行干燥。
6.根据权利要求1所述的一种低密度二硼化锆-碳化硅泡沫陶瓷材料的制备方法，其特征在于步骤二中所述的干燥温度为80℃。
7.根据权利要求1所述的一种低密度二硼化锆-碳化硅泡沫陶瓷材料的制备方法，其特征在于步骤二中所述的zrocl2·8h2o、h3bo3和蔗糖的摩尔比1:4:5。
8.根据权利要求1或7所述的一种低密度二硼化锆-碳化硅泡沫陶瓷材料的制备方法，其特征在于步骤二中所加入的zrocl2·8h2o的浓度为0.3g/ml～1.5g/ml。
9.根据权利要求1所述的一种低密度二硼化锆-碳化硅泡沫陶瓷材料的制备方法，其特征在于步骤三中所述烧结条件为以1～10℃/min升温速率由室温升温至800～1200℃，保温0.5～1h；以1～5℃/min升温至1300～1700℃，保温2～4h。
10.根据权利要求1所述的一种低密度二硼化锆-碳化硅泡沫陶瓷材料的制备方法，其特征在于所述的低密度二硼化锆-碳化硅泡沫陶瓷材料的网状孔径为1～5μm，密度为0.3～0.5g/cm3。
