一種耐磨性好硬度高的碳化硅陶瓷的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種耐磨性好硬度高的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]碳化硅具有優良的機械性能、高熱傳導性和良好的熱震穩定性等，這些特性使它們在航空航天、汽車工業以及能源等領域得到廣泛應用；但碳化硅陶瓷韌性差、加工困難的缺點限制了其應用。碳化硅是一種典型的共價鍵結合的穩定化合物，加上它的擴散系數低，很難用常規的燒結方法達到致密化，必須通過添加一些燒結助劑以降低表面能或增加表面積，以及采用特殊工藝處理來獲得致密的碳化硅陶瓷。本發明通過添加硼粉提高了碳化硅陶瓷的致密性，減少材料的損失，提高成品率，添加碳化鈦提高陶瓷的耐磨性，還通過引進短切碳纖維提尚碳化娃的力學性能，提尚材料的斷裂初性，提尚素還的強度，抑制素還制備中各種缺陷的產生，滿足機械加工要求。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是提供一種耐磨性好硬度高的碳化硅陶瓷。
[0004]為了實現本發明的目的，本發明通過以下方案實施:
一種耐磨性好硬度高的碳化硅陶瓷，由下列重量份的原料制成:碳化硅70-85、硅藻土粉5-7、硼粉3-4、聚氯乙烯2-3、碳化鈦5-6、硬脂酸鋇1_2、無水乙醇15-20、短切碳纖維預分散體10-13、燒結助劑3-4、去離子水80-90 ；
所述燒結助劑是由10-15重量份的氧化鋁、8-12重量份的硼化鋯、15-20重量份的碳粉混合研磨成200-300目粉末，加入0.4-0.8重量份的亞甲基雙丙烯酰胺和10-15重量份的乙醇溶液混合攪拌均勻，加熱蒸去溶劑在10-15MPa下壓制成胚料，然后于600-800° C下干燥粉碎成150-200目粉末即可。
[0005]本發明所述短切碳纖維預分散體的制備方法為:將碳纖維短切為長度在l_3mm，在500-600° C下低溫氧化1-2小時，再將其浸入體積比為3:7的稀硝酸和丙酮的混合溶液中，浸泡1-2天后用去離子水反復沖洗表面直至溶液呈中性，烘干后采用溶膠-凝膠法在碳纖維表面形成氧化鋯涂層，再將該碳纖維完全浸入水中，超聲波分散10-20分鐘，再加入碳纖維0.3-0.5倍重量份的0P-10乳化劑，繼續超聲分散1-2小時即可。
[0006]本發明所述一種耐磨性好硬度高的碳化硅陶瓷，由以下具體步驟制成:
(1)將碳化硅、硼粉、硅藻土粉、碳化鈦、硬脂酸鋇和去離子水混合加到球磨罐中，以高純度氧化鋁磨球球磨2-3小時，再加入除短切碳纖維預分散體之外其余剩余的成分以300-400轉/分的轉速進行濕法混合，混合1-2小時；
(2)將短切碳纖維預分散體加到步驟(I)中，轉速降低至100-200轉/分，繼續球磨1-2小時，將混合均勻的漿料在室溫下抽氣緩慢加到金屬模具中，然后置于保溫箱中于80° C下保溫30-50分鐘后脫模，在室溫下自然干燥至重量不再減少； (3)將步驟(2)得到的碳化硅陶瓷素坯置入反應燒結爐中，將燒結爐抽真空，以20-25° C/min升溫至1600-1700° C，恒溫保持3_5小時，試樣隨爐冷卻即可得到。
[0007]本發明的優點是:本發明添加的短切碳纖維提高碳化硅的力學性能，提高陶瓷的斷裂韌性，提高素坯的強度和致密度，滿足機械加工要求，添加的硼粉提高了碳化硅陶瓷的致密性，減少了材料的損失，提高成品率，添加的碳化鈦進一步提高陶瓷的耐磨性，本發明工藝簡單，原料來源方便，且明顯提高了碳化硅陶瓷的硬度和耐磨性能，擴大了碳化硅陶瓷的使用范圍。
[0008]具體實施方案
下面通過具體實例對本發明進行詳細說明。
[0009]一種耐磨性好硬度高的碳化硅陶瓷，由下列重量份(公斤)的原料制成:碳化硅85、硅藻土粉7、硼粉3、聚氯乙烯3、碳化鈦6、硬脂酸鋇2、無水乙醇20、短切碳纖維預分散體13、燒結助劑3、去離子水90 ；
所述燒結助劑是由15重量份的氧化鋁、8重量份的硼化鋯、18重量份的碳粉混合研磨成300目粉末，加入0.6重量份的亞甲基雙丙烯酰胺和15重量份的乙醇溶液混合攪拌均勻，加熱蒸去溶劑在12MPa下壓制成胚料，然后于700° C下干燥粉碎成200目粉末即可。
[0010]本發明所述短切碳纖維預分散體的制備方法為:將碳纖維短切為長度在3mm，在600° C下低溫氧化2小時，再將其浸入體積比為3:7的稀硝酸和丙酮的混合溶液中，浸泡I天后用去離子水反復沖洗表面直至溶液呈中性，烘干后采用溶膠-凝膠法在碳纖維表面形成氧化鋯涂層，再將該碳纖維完全浸入水中，超聲波分散20分鐘，再加入碳纖維0.5倍重量份的0P-10乳化劑，繼續超聲分散2小時即可。
[0011]本發明所述一種耐磨性好硬度高的碳化硅陶瓷，由以下具體步驟制成:
(1)將碳化硅、硼粉、硅藻土粉、碳化鈦、硬脂酸鋇和去離子水混合加到球磨罐中，以高純度氧化鋁磨球球磨3小時，再加入除短切碳纖維預分散體之外其余剩余的成分以400轉/分的轉速進行濕法混合，混合2小時；
(2)將短切碳纖維預分散體加到步驟(I)中，轉速降低至200轉/分，繼續球磨2小時，將混合均勻的漿料在室溫下抽氣緩慢加到金屬模具中，然后置于保溫箱中于80° C下保溫40分鐘后脫模，在室溫下自然干燥至重量不再減少；
(3)將步驟(2)得到的碳化硅陶瓷素坯置入反應燒結爐中，將燒結爐抽真空，以20°C/min升溫至1600° C，恒溫保持4小時，試樣隨爐冷卻即可得到。
[0012]本實施例中陶瓷的性能指標結果如下:
硬度(GPa):37.3 ；
彈性模量(GPa):400 ；
抗折強度(MPa):230 ；
斷裂韌性(Mpa/m1/2):5.21 ；
熱膨脹系數(10_5/K):3.2 ;
熱傳導率(W/mK):90o
【主權項】
1.一種耐磨性好硬度高的碳化硅陶瓷，其特征在于，由下列重量份的原料制成:碳化硅70-85、硅藻土粉5-7、硼粉3-4、聚氯乙烯2_3、碳化鈦5_6、硬脂酸鋇1_2、無水乙醇15-20、短切碳纖維預分散體10-13、燒結助劑3-4、去離子水80-90 ； 所述的燒結助劑是由10-15重量份的氧化鋁、8-12重量份的硼化鋯、15-20重量份的碳粉混合研磨成200-300目粉末，加入0.4-0.8重量份的亞甲基雙丙烯酰胺和10-15重量份的乙醇溶液混合攪拌均勻，加熱蒸去溶劑在10-15MPa下壓制成胚料，然后于600-800° C下干燥粉碎成150-200目粉末即可。
2.根據權利要求1所述一種耐磨性好硬度高的碳化硅陶瓷，其特征在于，所述短切碳纖維預分散體的制備方法為:將碳纖維短切為長度在l_3mm，在500-600° C下低溫氧化1-2小時，再將其浸入體積比為3:7的稀硝酸和丙酮的混合溶液中，浸泡1-2天后用去離子水反復沖洗表面直至溶液呈中性，烘干后采用溶膠-凝膠法在碳纖維表面形成氧化鋯涂層，再將該碳纖維完全浸入水中，超聲波分散10-20分鐘，再加入碳纖維0.3-0.5倍重量份的OP-1O乳化劑，繼續超聲分散1-2小時即可。
3.根據權利要求1所述一種耐磨性好硬度高的碳化硅陶瓷，其特征在于，由以下具體步驟制成: (1)將碳化硅、硼粉、硅藻土粉、碳化鈦、硬脂酸鋇和去離子水混合加到球磨罐中，以高純度氧化鋁磨球球磨2-3小時，再加入除短切碳纖維預分散體之外其余剩余的成分以300-400轉/分的轉速進行濕法混合，混合1-2小時； (2)將短切碳纖維預分散體加到步驟(I)中，轉速降低至100-200轉/分，繼續球磨1-2小時，將混合均勻的漿料在室溫下抽氣緩慢加到金屬模具中，然后置于保溫箱中于80° C下保溫30-50分鐘后脫模，在室溫下自然干燥至重量不再減少； (3)將步驟(2)得到的碳化硅陶瓷素坯置入反應燒結爐中，將燒結爐抽真空，以20-25° C/min升溫至1600-1700° C，恒溫保持3_5小時，試樣隨爐冷卻即可得到。
【專利摘要】本發明公開了一種耐磨性好硬度高的碳化硅陶瓷，其特征在于，由下列重量份的原料制成：碳化硅70-85、硅藻土粉5-7、硼粉3-4、聚氯乙烯2-3、碳化鈦5-6、硬脂酸鋇1-2、無水乙醇15-20、短切碳纖維預分散體10-13、燒結助劑3-4、去離子水80-90；本發明添加的短切碳纖維提高碳化硅的力學性能，提高陶瓷的斷裂韌性，提高素坯的強度和致密度，滿足機械加工要求，添加的硼粉提高了碳化硅陶瓷的致密性，減少了材料的損失，提高成品率，添加的碳化鈦進一步提高陶瓷的耐磨性，本發明工藝簡單，原料來源方便，且明顯提高了碳化硅陶瓷的硬度和耐磨性能，擴大了碳化硅陶瓷的使用范圍。
【IPC分類】C04B35-622, C04B35-565, C04B35-80
【公開號】CN104829253
【申請號】CN201510184844
【發明人】張波
【申請人】鳳陽徽亨商貿有限公司
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年4月20日