一種高韌性碳化硅陶瓷及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種高韌性碳化硅陶瓷及其制備方法，屬于陶瓷生產技術領域。
【背景技術】
[0002]陶瓷材料的分子排列和化學鍵性質，決定了陶瓷材料中的晶粒位錯密度低、 滑移系統少、裂紋的成核和生長的能量小，從而決定了陶瓷材料的脆性本質。脆性和低可靠性嚴重限制了陶瓷材料的應用范圍。只有改善陶瓷的斷裂韌性，實現材料強韌化，提高其可靠性和使用壽命，才能使陶瓷材料真正得到廣泛應用，因此，陶瓷增韌技術一直是陶瓷研究的熱點。增韌的本質就是要在材料中引進吸收斷裂能量的機制，降低裂紋擴展的動力，增加裂紋擴展的阻力。目前所采用的增韌手段均是設法增加斷裂過程中消耗的能量，同時增加斷裂面的粗糙度。本發明通過添加納米氧化鋯和金屬粉改善陶瓷晶粒的形狀、品界特性，消耗斷裂能，從而提高韌性起到了很好的效果。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是提供一種高韌性碳化硅陶瓷及其制備方法。
[0004]為了實現本發明的目的，本發明通過以下方案實施:
一種高韌性碳化硅陶瓷及其制備方法，由下列重量份的原料制成:碳化硅70-80、不銹鋼粉末8-13、鈦粉2-4、納米氧化鋯4-8、聚乙烯醇1-3、鈹粉3_6、聚磷酸銨1_2、硅烷偶聯劑KH-5801-2、石墨3-4、木質素磺酸鈉2_3、燒結助劑2_3、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]本發明所述一種高韌性碳化硅陶瓷及其制備方法，由以下具體步驟制成:
(1)將碳化硅、不銹鋼粉末、鈦粉、鈹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KH-580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)將除燒結助劑之外其余剩余的成分混合，以3-5°C/min的速度邊攪拌邊加熱，力口熱至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:本發明添加的不銹鋼粉末增加了陶瓷的燒結致密度，降低了燒結溫度，節約了資源，添加納米氧化鋯和金屬粉改善陶瓷晶粒的形狀、品界特性，消耗斷裂能，從而提高了陶瓷韌性。
[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]一種高韌性碳化硅陶瓷及其制備方法，由下列重量份(公斤)的原料制成:碳化硅76、不銹鋼粉末9、鈦粉3、納米氧化鋯7、聚乙烯醇3、鈹粉5、聚磷酸銨2、硅烷偶聯劑KH-5802、石墨3、木質素磺酸鈉2、燒結助劑3、去離子水86 ；
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]本發明所述一種高韌性碳化硅陶瓷及其制備方法，由以下具體步驟制成:
(1)將碳化硅、不銹鋼粉末、鈦粉、鈹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KH-580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)將除燒結助劑之外其余剩余的成分混合，以5°C/min的速度邊攪拌邊加熱，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1900° C，保溫4小時后緩慢降溫到1500° 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):33.4 ；
彈性模量(GPa):400 ；
抗折強度(MPa):179 ;
斷裂韌性(Mpa/m1/2):4.28 ；
熱膨脹系數(10_5/K):2.3 ；
熱傳導率(W/mK):98。
【主權項】
1.一種高韌性碳化硅陶瓷及其制備方法，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8-13、鈦粉2-4、納米氧化鋯4_8、聚乙烯醇1_3、鈹粉3_6、聚磷酸銨1-2、硅烷偶聯劑KH-5801-2、石墨3_4、木質素磺酸鈉2_3、燒結助劑2_3、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所述一種高韌性碳化硅陶瓷及其制備方法，其特征在于，由以下具體步驟制成: (1)將碳化硅、不銹鋼粉末、鈦粉、鈹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KH-580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)將除燒結助劑之外其余剩余的成分混合，以3-5°C/min的速度邊攪拌邊加熱，力口熱至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】本發明公開了一種高韌性碳化硅陶瓷及其制備方法，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8-13、鈦粉2-4、納米氧化鋯4-8、聚乙烯醇1-3、鈹粉3-6、聚磷酸銨1-2、硅烷偶聯劑KH-5801-2、石墨3-4、木質素磺酸鈉2-3、燒結助劑2-3、去離子水80-100；本發明添加的不銹鋼粉末增加了陶瓷的燒結致密度，降低了燒結溫度，節約了資源，添加納米氧化鋯和金屬粉改善陶瓷晶粒的形狀、品界特性，消耗斷裂能，從而提高了陶瓷韌性。
【IPC分類】C04B35-565, C04B35-63
【公開號】CN104671792
【申請號】CN201510042651
【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