一種防護構件用碳化硅陶瓷基復合材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種防護構件用碳化硅陶瓷基復合材料及其制備方法，屬于陶瓷生產技術領域。
【背景技術】
[0002]隨著現代科學技術的發展，對新材料的研究和應用不斷提出更高的要求，為滿足這種日益發展的要求，研究工作者們多年來進行不懈的努力，在材料制備工藝和材料性能等方面都取得了很大的進展。在能源、汽車工業、航天航空等領域要求材料具備良好的耐腐蝕、耐高溫、高熱傳導等性能，對于普通材料是難以滿足其要求的。碳化硅陶瓷由于具有高溫強度大、抗氧化性強、耐磨損性好、熱穩定性佳、熱膨脹系數小、熱導電率大、硬度高以及抗熱震和耐化學腐蝕等優良特性，受到廣泛的應用，并在許多高技術領域及基礎產業得到應用，如用作精密軸承、密封件、噴嘴、熱交換器及防護構件等。碳化硅陶瓷雖然具有優良的性能，但同時碳化硅也是難以直接燒結致密的陶瓷，它是屬于共價鍵性很強的材料，必須加入其他材料增大密度和燒結助劑的作用下才能實現燒結致密。本發明采用添加金屬粉末增加碳化硅陶瓷密度，在特制的燒結助劑的作用下采用無壓燒結的方式制備各種復雜形狀和尺寸的碳化硅防護構件，并且很容易能夠實現工業化生產。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是提供一種防護構件用碳化硅陶瓷基復合材料及其制備方法。
[0004]為了實現本發明的目的，本發明通過以下方案實施:
一種防護構件用碳化硅陶瓷基復合材料及其制備方法，由下列重量份的原料制成:碳化硅70-80、不銹鋼粉末10-13、鈦粉6-9、銥粉3-5、玻璃料1_2、硅烷偶聯劑A-1711-2、羧甲基纖維素1-2、甘油1-2、硅溶膠3-4、燒結助劑3-5、去離子水80-100 ；
所述燒結助劑是由下列重量份的原料制成:氧化鋁3-5、氧化釔1-2、氯化銨2-3、硝酸銥5-7、碳納米顆粒4-6、粘土粉4-5、二甲基硅油1-2、液體石蠟2-4、硅烷偶聯劑KH-5501-2、人造金剛石粉末2-4、醋酸乙烯樹脂2_3、磷酸三甲酚酯1_2、純化水3_5 ;制備方法是將氧化鋁、氧化釔、硝酸銥、碳納米顆粒和人造金剛石粉末混合加到混料機中，加入醋酸乙烯樹脂和純化水進行濕法混合，2-3小時后將混合好的漿料加到膠磨機中研磨過100-200目篩，加熱干燥除去水分，再加入其余剩余的成分攪拌均勻，將所得的物料輸入噴霧造粒塔中制成顆粒即可。
[0005]本發明所述一種防護構件用碳化硅陶瓷基復合材料及其制備方法，由以下具體步驟制成:
(1)將碳化硅、不銹鋼粉末、銥粉、鈦粉和去離子水加到球磨罐中，球料比3:1，球磨3-5小時后加入硅烷偶聯劑A-171攪拌均勻后過200-300目篩，再轉移到噴霧造粒機中制成顆粒備用；
(2)將玻璃料加熱至熔融，再加入除燒結助劑之外其余剩余的成分，加熱至50-70°C時保溫20-30分鐘，再將該混合物通過噴涂法噴涂到步驟(I)中的顆粒上，干燥后與燒結助劑混合均勻；
(3)將步驟(2)得到的物料送入模具中采用160-200MPa干壓成型得素胚，再將該素胚放入真空高溫燒結爐中在氬氣的保護下進行燒結,燒結溫度為1750-1900° C，保溫3-5小時后緩慢降溫到1600-1450° C，隨爐冷卻即得。
[0006]本發明的優點是:本發明制備的碳化硅復合基陶瓷添加金屬粉末增加了碳化硅陶瓷的密度，添加的燒結助劑促進了碳化硅的致密燒結性能，并且可以制備出不同復雜形狀和尺寸大小，用于防護構件時可實現工業化生產。
[0007]具體實施方案
下面通過具體實例對本發明進行詳細說明。
[0008]一種防護構件用碳化硅陶瓷基復合材料及其制備方法，由下列重量份(公斤)的原料制成:碳化硅72、不銹鋼粉末10、鈦粉9、銥粉4、玻璃料2、硅烷偶聯劑A-1712、羧甲基纖維素1、甘油2、硅溶膠4、燒結助劑4、去離子水95 ；
所述燒結助劑是由下列重量份(公斤)的原料制成:氧化鋁5、氧化釔2、氯化銨2、硝酸銥6、碳納米顆粒5、粘土粉4、二甲基硅油2、液體石蠟3、硅烷偶聯劑KH-5501、人造金剛石粉末3、醋酸乙烯樹脂2、磷酸三甲酚酯1、純化水5 ;制備方法是將氧化鋁、氧化釔、硝酸銥、碳納米顆粒和人造金剛石粉末混合加到混料機中，加入醋酸乙烯樹脂和純化水進行濕法混合，3小時后將混合好的漿料加到膠磨機中研磨過200目篩，加熱干燥除去水分，再加入其余剩余的成分攪拌均勻，將所得的物料輸入噴霧造粒塔中制成顆粒即可。
[0009]本發明所述一種防護構件用碳化硅陶瓷基復合材料及其制備方法，由以下具體步驟制成:
(1)將碳化硅、不銹鋼粉末、銥粉、鈦粉和去離子水加到球磨罐中，球料比3:1，球磨5小時后加入硅烷偶聯劑A-171攪拌均勻后過300目篩，再轉移到噴霧造粒機中制成顆粒備用；
(2)將玻璃料加熱至熔融，再加入除燒結助劑之外其余剩余的成分，加熱至70°C時保溫30分鐘，再將該混合物通過噴涂法噴涂到步驟(I)中的顆粒上，干燥后與燒結助劑混合均勻；
(3)將步驟(2)得到的物料送入模具中采用ISOMPa干壓成型得素胚，再將該素胚放入真空高溫燒結爐中在氬氣的保護下進行燒結，燒結溫度為1850° C，保溫3小時后緩慢降溫到1450° C，隨爐冷卻即得。
[0010]本實施例中陶瓷的性能指標結果如下:
耐堿性實驗:不溶于任何強堿；
耐酸性試驗:不溶于任何強酸；
硬度(GPa):32.3 ；
彈性模量(GPa):350 ；
抗折強度(MPa):174 ;
斷裂韌性(Mpa/m1/2):4.24 ；
熱膨脹系數(10_5/K):1.2 ；
熱傳導率(W/mK):79.5。
【主權項】
1.一種防護構件用碳化硅陶瓷基復合材料及其制備方法，其特征在于，由下列重量份的原料制成:碳化硅70-80、不銹鋼粉末10-13、鈦粉6-9、銥粉3_5、玻璃料1_2、硅烷偶聯劑A-1711-2、羧甲基纖維素1-2、甘油1-2、硅溶膠3_4、燒結助劑3_5、去離子水80-100 ； 所述燒結助劑是由下列重量份的原料制成:氧化鋁3-5、氧化釔1-2、氯化銨2-3、硝酸銥5-7、碳納米顆粒4-6、粘土粉4-5、二甲基硅油1-2、液體石蠟2-4、硅烷偶聯劑KH-5501-2、人造金剛石粉末2-4、醋酸乙烯樹脂2_3、磷酸三甲酚酯1_2、純化水3_5 ;制備方法是將氧化鋁、氧化釔、硝酸銥、碳納米顆粒和人造金剛石粉末混合加到混料機中，加入醋酸乙烯樹脂和純化水進行濕法混合，2-3小時后將混合好的漿料加到膠磨機中研磨過100-200目篩，加熱干燥除去水分，再加入其余剩余的成分攪拌均勻，將所得的物料輸入噴霧造粒塔中制成顆粒即可。
2.根據權利要求1所述一種防護構件用碳化硅陶瓷基復合材料及其制備方法，其特征在于，由以下具體步驟制成: (1)將碳化硅、不銹鋼粉末、銥粉、鈦粉和去離子水加到球磨罐中，球料比3:1，球磨3-5小時后加入硅烷偶聯劑A-171攪拌均勻后過200-300目篩，再轉移到噴霧造粒機中制成顆粒備用； (2)將玻璃料加熱至熔融，再加入除燒結助劑之外其余剩余的成分，加熱至50-70°C時保溫20-30分鐘，再將該混合物通過噴涂法噴涂到步驟(I)中的顆粒上，干燥后與燒結助劑混合均勻； (3)將步驟(2)得到的物料送入模具中采用160-200MPa干壓成型得素胚，再將該素胚放入真空高溫燒結爐中在氬氣的保護下進行燒結,燒結溫度為1750-1900° C，保溫3-5小時后緩慢降溫到1600-1450° C，隨爐冷卻即得。
【專利摘要】本發明公開了一種防護構件用碳化硅陶瓷基復合材料及其制備方法，其特征在于，由下列重量份的原料制成：碳化硅70-80、不銹鋼粉末10-13、鈦粉6-9、銥粉3-5、玻璃料1-2、硅烷偶聯劑A-1711-2、羧甲基纖維素1-2、甘油1-2、硅溶膠3-4、燒結助劑3-5、去離子水80-100；本發明制備的碳化硅復合基陶瓷添加金屬粉末增加了碳化硅陶瓷的密度，添加的燒結助劑促進了碳化硅的致密燒結性能，并且可以制備出不同復雜形狀和尺寸大小，用于防護構件時可實現工業化生產。
【IPC分類】C04B35-565, C04B35-63, C04B35-622
【公開號】CN104671789
【申請號】CN201510042417
【發明人】夏云
【申請人】安徽省和翰光電科技有限公司
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年1月28日