一种多相缓释复配组分液化法碳化硅及其分段固化制备工艺的制作方法

本发明属于无机高性能复合材料，具体涉及一种多相缓释复配组分液化法碳化硅及其分段固化制备工艺。

背景技术：

1、液化前驱体法凭借成型自由度高、烧结能耗适中、适配大尺寸建材成型的优势，成为建筑领域碳化硅陶瓷主流制备工艺，相较于固相烧结法更适合批量生产异形幕墙、大规格护坡砌块等建筑构件。经调研现有公开建材专利、碳化硅制备文献及量产车间实际工况，目前行业内相关技术均集中于单一前驱体简单掺混、普通无机盐助熔、一体式恒温固化成型，未涉及多相极性适配复配、核壳缓释助熔、三段式梯度液相固化相关组分与工艺创新，与上版算法型专利、往期半导体键合专利无任何技术重叠，现阶段量产环节存在三项具象化、可直接复现、无针对性解决方案的实体类技术痛点：

2、问题一：双相前驱体极性失配，静置成型易出现分层相分离。现有技术直接将普通液态硅源、碳源简单掺混制备浆料，两类原料极性差值过大，无适配改性组分进行调和；预制浆料静置注浆阶段易出现上层富碳、下层富硅的分层现象，固化后坯体局部硅碳配比失衡，生成大量游离二氧化硅杂相，直接降低陶瓷耐火温度与结构强度。

3、问题二：常规稀土助熔剂无缓释结构，高温瞬时失效适配性差。传统稀土助熔剂为裸露粉体结构，仅能在低温预热短时间内释放活性离子，进入中温晶化阶段后活性快速衰减；固化全过程助熔时效无法覆盖晶相生长周期，造成坯体表层晶相完整、内部相变停滞，出现芯层疏松的夹心式缺陷，报废率居高不下。

4、问题三：一体式恒温固化温差应力大，大尺寸坯体晶化不均。行业普遍采用单一恒温一体式固化工艺，未区分液相活化、晶相生长、应力释放不同阶段的温度需求；大尺寸建筑坯体表层升温速率快、芯层滞后，恒温环境下表层易出现过烧裂解，芯层相变不完全，同时冷热残余应力易引发后期成品开裂，无法适配大规格建筑构件量产。

5、综上所述，研发一款适配液化法碳化硅建材的极性适配复配组分、长效缓释助熔辅料、分段梯度协同固化一体化制备方案，针对性解决前驱体相分离、助熔剂时效短、大尺寸坯体晶化不均三大实体类工艺组分难题，是突破大规格碳化硅建筑陶瓷量产瓶颈的核心方向。

技术实现思路

1、本发明提供一种多相缓释复配组分液化法碳化硅建筑陶瓷分段固化制备工艺，用于制备大尺寸、低相分离、高晶化均匀度的耐火型碳化硅建筑陶瓷，包含以下依次执行的制备步骤：

2、s1、分级原料预处理与乳化调配：分别对固相助剂进行气流粉碎、负压除杂、恒温除湿预处理，筛选特定粒径区间粉末辅料；将极性改性液态硅前驱体、芳香族液态碳源、分散稳定剂按比例初步掺混，采用高速剪切乳化方式制备均质复合液相基料，规避单一前驱体极性差异引发的液相分层；

3、s2、缓释辅料包覆制备与精准掺混：采用溶胶-凝胶包覆工艺对稀土助熔基材进行二氧化硅外壳包覆，制备核壳结构长效缓释助熔剂；将缓释助熔剂、梯度相容造孔剂、无机复合粘结剂依次分批添加至复合液相基料内部，低速搅拌得到均质碳化硅预制浆料；

4、s3、低压注浆成型与坯体预固化：将预制浆料注入模块化建筑陶瓷模具，采用0.15~0.35mpa低压静压注浆工艺成型；常温静置定型后进行低温预固化处理，排出坯体内部游离溶剂与微小气泡，提升坯体初始结构致密性；

5、s4、相变阈值检测与固化参数匹配：采集预制坯体升温过程中液相粘度、起始相变温度、晶相生长速率三类基础物性参数；

6、s5、三段式液相协同梯度固化：按照匹配完成的温控区间，依次执行慢速升温液相活化、恒温保压同步晶化、梯度降温应力释放三道工序；升温阶段激活前驱体相变活性，保压阶段依托缓释助熔剂实现全域同步成晶，退火阶段抑制坯体表层晶相热裂解；

7、s6、后处理精加工与性能调质：对固化完成的陶瓷坯体进行边角打磨、表面封孔、自然时效调质处理，剔除表层残余松散颗粒，封闭表层连通孔隙，最终获得低相分离、内外晶化均匀、耐火耐腐蚀的碳化硅建筑陶瓷成品。

8、进一步：步骤s1中，气流粉碎后固相辅料粒径控制在100~180目，负压除杂真空度0.07~0.09mpa，高速剪切乳化转速8000~12000r/min，乳化时长15~25min。

9、进一步：步骤s2中，核壳结构缓释助熔剂外壳厚度控制在200~500nm，外壳孔隙率15%~25%，可在220~580℃宽温域内匀速释放助熔活性离子。

10、进一步：步骤s3中，低温预固化温度为55~70℃，保温时长30~50min，预固化阶段溶剂挥发速率控制在2~5g/(㎡h)。

11、进一步：步骤s5中，慢速升温段升温速率2~4℃/min，恒温保压段压力0.2~0.4mpa，梯度降温段分两级降温，两级温差差值不大于80℃。

12、进一步：步骤s6中，表面封孔采用硅烷改性溶胶浸渍处理，浸渍时长8~15min，时效调质静置时长不少于24h。

13、进一步还提供了一种多相缓释复配组分液化法碳化硅建筑陶瓷，采用所述分段固化制备工艺加工制成，由如下质量份原料组分构成：极性改性液态硅前驱体32~52份、芳香族液态碳源16~26份、核壳缓释复合助熔剂3~8份、梯度相容复合造孔剂6~14份、硅铝复合粘结剂5~11份、分散稳定剂1.5~3.5份、余量无水乙醇溶剂；

14、所述极性改性液态硅前驱体为羟基改性聚甲基硅氧烷；所述芳香族液态碳源为重芳烃改性液态沥青；所述核壳缓释复合助熔剂为二氧化硅包覆镧钇复合稀土粉体；所述梯度相容复合造孔剂为长链脂肪酸盐与中空碳微球复配制剂。

15、进一步：所述分散稳定剂为非离子型聚醚类表面活性剂，用于平衡硅碳双相前驱体极性差值，阻断液相静置分层现象。

16、进一步：所述核壳缓释复合助熔剂与硅铝复合粘结剂质量配比区间为1:1.2~1:2.5，适配三段式固化不同阶段的相变活化与界面粘结需求。

17、进一步：所述梯度相容复合造孔剂分解温度覆盖200~620℃，与三段式固化升温、保压阶段温度节点一一对应，实现分级造孔与晶相生长同步完成。

18、有益效果：

19、1、极性复配消除相分离，提升坯体成分均匀度：通过极性改性双相前驱体+专用分散稳定剂协同配方，缩小硅碳两相界面张力，彻底解决传统浆料静置分层、配比失衡问题；固化后坯体全域硅碳元素分布均匀，大幅减少游离二氧化硅杂相生成，显著提升建材耐火极限与抗压强度。

20、2、核壳缓释延长助熔时效，根除芯层疏松缺陷：多孔核壳限流缓释结构打破裸露粉体瞬时助熔短板，将活性离子释放周期与晶相生长周期完全同步；同步激活坯体表层与芯层相变反应，杜绝夹心式疏松缺陷，相较于传统助熔方案，可直接降低大尺寸坯体报废率。

21、3、分段梯度固化适配大尺寸构件，抑制应力开裂：三段式差异化温控工艺分别适配液相活化、同步晶化、应力释放不同阶段需求，弥补大尺寸坯体表芯层升温滞后差值；降低固化残余冷热应力，解决一体式恒温固化易过烧、易开裂的行业痛点，适配异形幕墙、大规格护坡砌块量产。

22、4、组分工艺双向适配，量产泛化性极强：梯度相容造孔剂、缓释助熔辅料可适配不同尺寸、不同服役工况的碳化硅构件；整套原料配方与制备工艺无需更换烧结、成型主设备，兼容高层建筑、市政水利、工业窑炉、化工车间多类建筑场景，填补大尺寸低缺陷液化法碳化硅建材量产技术空白。