專利名稱：含有多種特征形貌氧化鋁分散嵌入顆粒的碳化硅陶瓷的制作方法
含有多種特征形貌氧化鋁分散嵌入顆粒的碳化硅陶瓷
本發(fā)明涉及一種陶瓷，是關(guān)于碳化硅陶瓷，特別是一種含有多種特征形貌 氧化鋁分散嵌入顆粒的碳化硅陶瓷。
目前報(bào)道的增韌碳化硅陶瓷，多是含有碳化硅晶須或炭纖維的增韌碳化硅 陶瓷。有關(guān)含有碳化硅晶須的增韌碳化硅陶瓷的報(bào)道參見田杰謨等發(fā)明(設(shè)
計(jì))，清華大學(xué)申請，申請?zhí)枮镃N91101684.8的專利申請案"晶須增韌強(qiáng)化碳 陶瓷復(fù)合材料"以及，阿歷山大* J 派齊克發(fā)明(設(shè)計(jì))，唐化學(xué)原料公司 申請，申請?zhí)枮镃N90110427.2的專利申請案"碳化硅晶須增強(qiáng)陶瓷復(fù)合材料 及其制造方法"；以及，成來飛、張立同、徐永東、劉永勝、李鎮(zhèn)、王曉明等發(fā) 明(設(shè)計(jì))，中國西北工業(yè)大學(xué)申請，申請?zhí)枮镃N200410026337.6的專利申請 案"一種晶須和顆粒增韌陶瓷基復(fù)合材料制備方法"。有關(guān)含有炭纖維的增韌 碳化硅陶瓷的報(bào)道參見耿浩然等發(fā)明(設(shè)計(jì))，濟(jì)南大學(xué)申請，申請?zhí)枮?CN03138926.0的專利申請案"-一種制備碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料的裝置及 工藝"。
碳化硅陶瓷材料具有高溫強(qiáng)度大、高溫抗氧化性強(qiáng)、耐磨損性能好、熱穩(wěn) 定性佳、熱膨脹系數(shù)小、熱導(dǎo)率大、硬度高、抗熱震和耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)良特性, 在汽車、機(jī)械化工、環(huán)境保護(hù)、空間技術(shù)、信息電子、能源等領(lǐng)域有著日益廣 泛的應(yīng)用，已經(jīng)成為一種在很多工業(yè)領(lǐng)域性能優(yōu)異的其他材料不可替代的結(jié)構(gòu) 陶瓷。
機(jī)械設(shè)備中的動(dòng)密封是通過兩個(gè)密封端面材料的旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)而進(jìn)行的，作為 密封端面材料，要求硬度高，具有耐磨損性。碳化硅陶瓷的硬度相當(dāng)高且摩擦 系數(shù)小，故碳化硅陶瓷作為機(jī)械密封端面材料可獲得其它材料所無法達(dá)到的滑
動(dòng)特性。另一方面，兩個(gè)端面密封材料在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)過程中由于摩擦?xí)a(chǎn)生一定 的熱量，從而使密封端面的局部溫度升高，因此端面材料還必須能夠耐受一定 的溫度。為了避免端面密封材料在旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)過程中產(chǎn)生熱應(yīng)變和熱裂，要求端 面材料的導(dǎo)熱系數(shù)高、抗熱震性好。目前，碳化硅陶瓷已經(jīng)在各類機(jī)械密封中 獲得大量的應(yīng)用，并為機(jī)械設(shè)備的省力和節(jié)能做出了很大的貢獻(xiàn)，顯示出其他 材料所無法比擬的優(yōu)越性。碳化硅陶瓷在機(jī)械工業(yè)中還被成功地用作各種軸承、 切削刀具。
航空航天、原子能工業(yè)等需要耐受超高溫度的場合如核裂變和核聚變反應(yīng) 堆中需要的可承受2000度左右高溫的耐熱材料；火箭和航天飛行器表面用于耐 受與大氣劇烈摩擦中產(chǎn)生的高達(dá)數(shù)千K溫度的隔熱瓦；火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室喉襯 和內(nèi)襯材料，燃?xì)鉁u輪葉片；高溫爐的頂板、支架，以及高溫實(shí)驗(yàn)用的卡具等 高溫構(gòu)件也普遍采用碳化硅陶瓷構(gòu)件。碳化硅陶瓷在石油化學(xué)工業(yè)中還被廣泛 地用作各種耐腐蝕用容器和管道。
工業(yè)應(yīng)用中期望進(jìn)一步提高碳化硅陶瓷的性能，首先要面對的問題是增韌 問題。與其它各類陶瓷類似，碳化硅陶瓷有一定的脆性，如何提供高韌性的碳 化硅陶瓷，是該生產(chǎn)領(lǐng)域關(guān)注的重要課題。
在這里有必要簡單提及陶瓷增韌相關(guān)的原理。
1974年首次發(fā)現(xiàn)一些多晶相陶瓷具有阻力曲線行為，即裂紋擴(kuò)展阻力隨著 裂紋增加而增長，這是一個(gè)重要的進(jìn)步，此后，人們開始通過各種顯微結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì)來提高陶瓷的韌性。中國天津大學(xué)高溫結(jié)構(gòu)陶瓷及工程陶瓷加工技術(shù)教育部
重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的周振君等，發(fā)表于"硅酸鹽通報(bào)"2003年第3期p57-61的題為 "高可靠性結(jié)構(gòu)陶瓷的增韌研究進(jìn)展"，以及，山東大學(xué)的郝春成等，發(fā)表于"材
料導(dǎo)報(bào)"2002年2月第16巻第2期p28-30的題為"顆粒增韌陶瓷的研究進(jìn)展"， 以及，中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所高性能陶瓷與超微結(jié)構(gòu)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的 郭景坤，發(fā)表于"復(fù)旦學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)"2003年12月第42巻第6期p822-827 的題為"關(guān)于陶瓷材料的脆性問題"，以及，山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院先進(jìn)射流工 程技術(shù)研究中心的劉含蓮等，發(fā)表于"粉末冶金技術(shù)"2004年4月第22巻第2 期p98-103的題為"納米復(fù)合陶瓷材料的增韌補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理研究進(jìn)展"等論文中， 對陶瓷增韌問題的理論和實(shí)踐有詳盡的介紹。陶瓷的韌化方式主要有相變增韌、纖維(晶須)增韌、顆粒增韌以及復(fù)合增 韌。其中，顆粒增韌是陶瓷增韌最簡單的一種方法，它具有同時(shí)提高強(qiáng)度和韌 性等許多優(yōu)點(diǎn)。影響第二相顆粒復(fù)合材料增韌效果的主要因素為基體與第二相 顆粒的彈性模量E、熱膨脹系數(shù)a及兩相的化學(xué)相容性。其中化學(xué)相容性是復(fù) 合的前提，兩相間不能存在過多的化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)又必須具有合適的界面綜合 強(qiáng)度。利用熱膨脹系數(shù)a的失配，從而在第二相顆粒及周圍基體內(nèi)部產(chǎn)生殘余 應(yīng)力場，是復(fù)相陶瓷增韌補(bǔ)強(qiáng)的主要根源。假設(shè)第二相顆粒與基體之間不發(fā)生 化學(xué)反應(yīng)，如果第二相顆粒與基體之間存在熱膨脹系數(shù)的失配，即 A a = a p- a (p、 m表示顆粒和基體)，當(dāng)A a 〉0時(shí)，第二相顆粒處于拉應(yīng)力狀態(tài)，而基體徑向處于拉伸狀態(tài)，切向處于壓縮狀態(tài)，這時(shí)裂紋傾向于繞 過顆粒繼續(xù)擴(kuò)展；當(dāng)AcK0時(shí)，第二相顆粒處于壓應(yīng)力狀態(tài)，切向受到拉應(yīng) 力，這時(shí)裂紋傾向于在顆粒處釘扎或穿過顆粒。微裂紋的出現(xiàn)可以吸收能量從 而達(dá)到增韌的目的，微裂紋增韌因素之一是裂紋偏轉(zhuǎn)，裂紋偏轉(zhuǎn)是一種裂紋尖 端效應(yīng)，是指裂紋擴(kuò)展過程中當(dāng)裂紋尖端遇到偏轉(zhuǎn)物(顆粒、纖維、晶須、界面 等)時(shí)所發(fā)生的傾斜和偏轉(zhuǎn)；微裂紋增韌因素之二是裂紋橋聯(lián)，橋聯(lián)物(顆粒、 纖維、晶須等)聯(lián)接靠近橋聯(lián)物的兩個(gè)裂紋的兩個(gè)表面并提供一個(gè)使兩個(gè)裂紋面
相互靠近的應(yīng)力，即閉合應(yīng)力，這樣導(dǎo)致應(yīng)力強(qiáng)度因子隨裂紋擴(kuò)展而增加。當(dāng) 裂紋擴(kuò)展遇到橋聯(lián)劑時(shí)，橋聯(lián)物有可能穿晶破壞，也可能出現(xiàn)互鎖現(xiàn)象，即裂 紋繞過橋聯(lián)物沿晶界發(fā)展并形成摩擦橋。簡當(dāng)?shù)卣f，第二相異質(zhì)相顆粒的引入， 將帶來大量的微裂紋，其作用類似于玻璃的鋼化，也就是利用大量的顯性或隱 性微裂紋來耗散或化解或吸收外來的破壞性張應(yīng)力。此外，在采用晶須進(jìn)行增 韌時(shí),還存在拔出效應(yīng)，拔出效應(yīng)也是一種有利于增韌的因素。當(dāng)引入的第二相 異質(zhì)相顆粒為納米顆粒時(shí)，還有利于抑制陶瓷基材晶體顆粒的長大，燒成陶瓷 中陶瓷基材晶體顆粒的微小化也是一個(gè)重要的增韌因素，從斷裂韌性值與顯微 結(jié)構(gòu)觀察結(jié)果來看，樣品微觀呈納米級細(xì)微組織，則宏觀表現(xiàn)出最高的斷裂韌 性，可以認(rèn)為，顆粒的細(xì)化使得組織結(jié)構(gòu)更加均勻，減小了應(yīng)力集中及顯微裂 紋的尺寸，同時(shí)，顆粒的細(xì)化也使顯微裂紋數(shù)量增加，也就是說，微細(xì)的晶粒 結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致晶界體積分?jǐn)?shù)增加，在該情形下，陶瓷斷裂過程中生成的耗散性新 裂紋表面積增大，陶瓷斷裂前的過程中需要吸收的外界能量因而大幅度增加， 宏觀上表現(xiàn)為陶瓷斷裂韌性提高。含有碳化硅晶須或炭纖維的增韌碳化硅陶瓷確實(shí)是一類具有較高韌性的碳 化硅陶瓷，但是，由于其中含有的碳化硅晶須原料成本較高，使得整個(gè)增韌陶 瓷成品的成本隨之上升，此外，這類增韌碳化硅陶瓷還有一個(gè)問題，即，在它 的制造過程中，長徑比很高的碳化硅晶須以及炭纖維總的說來較難與其它碳化 硅陶瓷生產(chǎn)原料均勻混合，這在一定程度上影響了相應(yīng)的增韌碳化硅陶瓷成品 的品質(zhì)均勻性。本發(fā)明的目的，是提供一種新的碳化硅陶瓷，該碳化硅陶瓷是一種增韌碳 化硅陶瓷，該增韌碳化硅陶瓷含有相對普通的廉價(jià)的增韌物質(zhì)，該增韌物質(zhì)的 設(shè)計(jì)要考慮盡可能兼顧利用陶瓷增韌的諸多相關(guān)原理，該增韌物質(zhì)的設(shè)計(jì)還要考慮到它應(yīng)當(dāng)是一種在制造增韌碳化硅陶瓷的過程中容易與其它生產(chǎn)原料均勻 混合的物質(zhì)。本發(fā)明的目的是通過如下的技術(shù)方案來達(dá)到，該技術(shù)方案提供一種含有多 種特征形貌氧化鋁分散嵌入顆粒的碳化硅陶瓷，其組成如下(1) 碳化硅60 % ~ 94 % (重量)(2) 片狀氧化鋁嵌入顆粒2 % ~ 10 % (重量)(3) 棒狀氧化鋁嵌入顆粒2 % 10 % (重量)(4) 球狀氧化鋁嵌入顆粒2 % ~ 8 % (重量)(5) 碳化硼或釔鋁石榴石0 % 12 % (重量)。在該技術(shù)方案中，所述片狀氧化鋁嵌入顆粒、棒狀氧化鋁嵌入顆粒以及球 狀氧化鋁嵌入顆粒是增韌物質(zhì)。在所述碳化硅陶瓷中，顆粒微小而數(shù)量較多的 所述氧化鋁顆粒以均勻分散嵌入的形態(tài)存在。所述碳化硅陶瓷可以是經(jīng)由熱壓 燒結(jié)工藝制造而成的不含燒結(jié)助劑殘留物的碳化硅陶瓷；所述碳化硅陶瓷也可 以是經(jīng)由無壓燒結(jié)工藝制造而成的含燒結(jié)助劑殘留物的碳化硅陶瓷。也就是說， 對于經(jīng)由無壓燒結(jié)工藝制造而成的碳化硅陶瓷，陶瓷中還可以含有燒結(jié)助劑殘 留物質(zhì)，所述燒結(jié)助劑是為促進(jìn)碳化硅陶瓷的燒結(jié)而加入的物質(zhì)，所述燒結(jié)助 劑物質(zhì)在碳化硅陶瓷燒結(jié)完成后滯留在碳化硅陶瓷內(nèi)，所述滯留在碳化硅陶瓷內(nèi)的燒結(jié)助劑物質(zhì)的化合物狀態(tài)例如釔鋁石榴石、碳化硼。其中，在使用碳-硼系燒結(jié)助劑時(shí)，因燒結(jié)助劑經(jīng)驗(yàn)用量較少，相應(yīng)地，燒結(jié)助劑殘留物質(zhì)碳化 硼(本案中，"碳化硼" 一詞泛指碳硼化合物)較少；而在采用氧化釔-氧化鋁系燒結(jié)助劑時(shí)，因燒結(jié)助劑經(jīng)驗(yàn)用量相對較多，相應(yīng)地，燒結(jié)助劑殘留物質(zhì)釔 鋁石榴石(本案中，"釔鋁石榴石"一詞泛指包括釔鋁石榴石在內(nèi)的多種公知的
氧化釔與氧化鋁之間的燒結(jié)化合產(chǎn)物)較多；總的說來，在所述碳化硅陶瓷中，燒結(jié)助劑殘留物質(zhì)的含量范圍在0 % ~ 12 % (重量)，其中，燒結(jié)助劑殘留物 質(zhì)的含量為0% (重量)的情形對應(yīng)于經(jīng)由未使用燒結(jié)助劑的熱壓燒結(jié)工藝制 成的碳化硅陶瓷。所述熱壓燒結(jié)工藝、無壓燒結(jié)工藝以及燒結(jié)助劑物質(zhì)的技術(shù) 含義在碳化硅陶瓷制造領(lǐng)域是公知的。所述棒狀氧化鋁嵌入顆粒的長徑比實(shí)際上允許有一個(gè)較寬泛的分布，但是， 長徑比分布在3到5之間更為理想。所述棒狀氧化鋁嵌入顆粒的徑向?qū)挾葘?shí)際上允許有一個(gè)較為寬泛的分布； 但是，無論所述棒狀氧化鋁嵌入顆粒的長徑比是否分布在3到5之間，所述棒 狀氧化鋁嵌入顆粒的徑向?qū)挾鹊妮^好的選擇是分布在0.1微米與0.8微米之間。所述球狀氧化鋁嵌入顆粒的粒徑實(shí)際上也允許有一個(gè)較為寬泛的分布；但是，較為有利的分布范圍是介于O.l微米與0.8微米之間。所述片狀氧化鋁嵌入顆粒的板片寬度，以及，板片寬度與板片厚度之比，實(shí)際上允許范圍較寬；但是，比較好的選擇范圍是所述片狀氧化鋁嵌入顆粒 的板片寬度介于0.3微米與6.0微米之間，以及，所述片狀氧化鋁嵌入顆粒的 板片寬度與板片厚度之比介于3與IO之間。納米級或接近納米級的嵌入物顆粒的存在，有助于在燒制過程中抑制碳化 硅晶粒的長大，碳化硅晶粒的的細(xì)化是一個(gè)重要的增韌因素。在所述碳化硅陶瓷中，所述片狀氧化鋁嵌入顆粒、棒狀氧化鋁嵌入顆粒以 及球狀氧化鋁嵌入顆粒的含量、顆粒形貌以及元素構(gòu)成等，可以結(jié)合使用X射 線粉末衍射、電鏡掃描以及微區(qū)元素分析等等現(xiàn)有技術(shù)手段進(jìn)行判定。
有別于含有碳化硅晶須或含有炭纖維的增韌碳化硅陶瓷，本發(fā)明的方案提 供的是一種含有多種特征形貌氧化鋁分散嵌入顆粒的碳化硅陶瓷，由于所述氧 化鋁嵌入顆粒原料相對廉價(jià)，因而，含有所述氧化鋁嵌入顆粒的碳化硅陶瓷相 對低成本。所述氧化鋁嵌入顆粒原料是一種在制造碳化硅陶瓷的過程中容易與 其它生產(chǎn)原料均勻混合的物質(zhì)，由此，含有所述氧化鋁嵌入顆粒的碳化硅陶瓷 是一種品質(zhì)均勻的增韌碳化硅陶瓷。本發(fā)明的方案兼顧利用熱膨脹失配誘發(fā)微 裂紋、裂紋偏轉(zhuǎn)、裂紋橋聯(lián)、拔出效應(yīng)以及晶粒細(xì)化等有益的增韌因素。本發(fā) 明的方案提供的是一種適度增韌而非極度增韌的碳化硅陶瓷，本發(fā)明的方案提 供的碳化硅陶瓷適用于一些只需適度增韌而非極度增韌的應(yīng)用場合。實(shí)施例1，含有多種特征形貌氧化鋁分散嵌入顆粒的碳化硅陶瓷的制備方法之一將0. 5 % - 3. 0 % (重量)的C-B燒結(jié)助劑，與2. 0 % - 10. 0 % (重 量)的片狀氧化鋁顆粒，以及，2.0 % - 10.0 % (重量)的棒狀氧化鋁顆粒，以 及，2. 0 % - 3. () % (重量)的球狀氧化鋁顆粒，以及，84. 0 % - 93. 5 % (重 量)的碳化硅粉，以及，適量的PVA (聚乙烯醇)，進(jìn)行干法球磨混合，模壓 成型，在100°C - 30(TC溫度區(qū)間固化，之后，在1700°C -2100匸溫度區(qū)間 燒結(jié)0.5 - 3.0小時(shí)，制成含有多種特征形貌氧化鋁分散嵌入顆粒的碳化硅陶 瓷。其中，片狀氧化鋁顆粒、棒狀氧化鋁顆粒以及球狀氧化鋁顆粒的制備技術(shù) 或定制產(chǎn)品，可以由中國武漢大學(xué)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展部、武漢大學(xué)生產(chǎn)力促進(jìn) 中心提供。以及，所述片狀氧化鋁顆粒(也就是片狀氧化鋁粉)的制備方法還可以在現(xiàn)有技術(shù)中找到，所述現(xiàn)有技術(shù)例如(l)發(fā)明人是塞爾斯R，錫伯特、 愛特華L，格拉文、Jr,申請人是圣戈本/諾頓工業(yè)塘瓷有限公司，申請 號(hào)是CN94100796.0，題為"片狀氧化鋁"的發(fā)明專利申請案.(2)發(fā)明人
是新田勝久、陳明壽、菅原淳，申請人是默克專利股份有限公司，申請?zhí)柺荂N96112590.X，題為"薄片狀氧化鋁和珠光顏料及其制造方法"的發(fā)明專利申請案。此外，中國浙江省某企業(yè)可大量供應(yīng)現(xiàn)貨(此物本來主要是 用作珠光顏料的基片)。此外，中國鋁業(yè)股份有限公司鄭州研究院也可以提供多 種特殊形貌氧化鋁顆粒的制備技術(shù)。實(shí)施例2，含有多種特征形貌氧化鋁分散嵌入顆粒的碳化硅陶瓷的制備方 法之二將0. 5 % - 3. 0 % (重量)的C-B燒結(jié)助劑，與2. 0 % - 10. 0 % (重 量)的片狀氧化鋁顆粒，以及，2.0 % - 10.0 % (重量)的棒狀氧化鋁顆粒，以 及，2.0 % - 3.0 % (重量)的球狀氧化鋁顆粒，以及，84.0 % - 93.5 % (重 量)的碳化硅粉，以及，適量的PVA (聚乙烯醇)，以及，適量的水，配成漿狀 物料，進(jìn)行濕法球磨混合，經(jīng)干燥，造粒，模壓成型，在IO(TC - 30(TC溫度 區(qū)間固化，之后，在170(TC -2100"溫度區(qū)間燒結(jié)0.5-3.0小時(shí)，制成含 有多種特征形貌氧化鋁分散嵌入顆粒的碳化硅陶瓷。其中，片狀氧化鋁顆粒、棒狀氧化鋁顆粒以及球狀氧化鋁顆粒的制備技術(shù) 或定制產(chǎn)品的獲取途徑同實(shí)施例1。實(shí)施例3，含有多種特征形貌氧化鋁分散嵌入顆粒的碳化硅陶瓷的制備方 法之三將0. 5 % - 3. 0 % (重量)的C-B燒結(jié)助劑，與2. 0 % - 10. 0 % (重 量)的片狀氧化鋁顆粒，以及，2.0 % - 10.0 % (重量)的棒狀氧化鋁顆粒，以 及，2.0%- 3.0% (重量)的球狀氧化鋁顆粒，以及，84.0 %- 93.5 % (重 量)的碳化硅粉，以及，適量的PVA (聚乙烯醇)，以及，適量的水，配成漿狀 物料，進(jìn)行機(jī)械攪拌混合，同時(shí)對漿狀物料施加超聲波，如此處理完后，經(jīng)干 燥，造粒，模壓成型，在100。C -3001:溫度區(qū)間固化，之后，在1700。C -2100 "C溫度區(qū)間燒結(jié)0.5 - 3.0小時(shí)，制成含有多種特征形貌氧化鋁分散嵌入顆粒
的碳化硅陶瓷。其中，片狀氧化鋁顆粒、棒狀氧化鋁顆粒以及球狀氧化鋁顆粒的制備技術(shù) 或定制產(chǎn)品的獲取途徑同實(shí)施例1。實(shí)施例4，含有多種特征形貌氧化鋁分散嵌入顆粒的碳化硅陶瓷的制備方法之四將3. 0 % - 5. 0 % (重量)的氧化釔，與5. 0 % - 10. 0 % (重量)的 片狀氧化鋁顆粒，以及，5. 0 % - 10. 0 % (重量)的棒狀氧化鋁顆粒，以及，5. 0 %- 8. 0 % (重量)的球狀氧化鋁顆粒，以及，67. 0 % - 82. 0 % (重量)的碳化 硅粉，以及，適量的PVA (聚乙烯醇)，以及，適量的水，配成漿狀物料，進(jìn)行 濕法球磨混合，經(jīng)干燥，造粒，模壓成型，在IO(TC -300匸溫度區(qū)間固化，之 后，在1700°C - 210(TC溫度區(qū)間燒結(jié)0.5 - 3.0小時(shí)，制成含有多種特征形 貌氧化鋁分散嵌入顆粒的碳化硅陶瓷。其中，片狀氧化鋁顆粒、棒狀氧化鋁顆粒以及球狀氧化鋁顆粒的制備技術(shù) 或定制產(chǎn)品的獲取途徑同實(shí)施例1。實(shí)施例5，含有多種特征形貌氧化鋁分散嵌入顆粒的碳化硅陶瓷的制備方 法之五將3. 0 % - 5. 0 % (重量)的氧化釔，與5. 0 % - 10. 0 % (重量)的 片狀氧化鋁顆粒，以及，5. 0 % - 10. 0 % (重量)的棒狀氧化鋁顆粒，以及，5. 0 %- 8. 0 % (重量)的球狀氧化鋁顆粒，以及，67. 0 % - 82. 0 % (重量)的碳化 硅粉，以及，適量的PVA (聚乙烯醇)，以及，適量的水，配成漿狀物料，進(jìn)行 機(jī)械攪拌混合，同時(shí)對漿狀物料施加超聲波，如此處理完后，經(jīng)干燥，造粒，模 壓成型，在IO(TC - 30(TC溫度區(qū)間固化，之后，在1700°C - 210(TC溫度區(qū)間燒結(jié)0.5 - 3.0小時(shí)，制成含有多種特征形貌氧化鋁分散嵌入顆粒的碳化硅陶瓷。
其中，片狀氧化鋁顆粒、棒狀氧化鋁顆粒以及球狀氧化鋁顆粒的制備技術(shù) 或定制產(chǎn)品的獲取途徑同實(shí)施例1。實(shí)施例6，含有多種特征形貌氧化鋁分散嵌入顆粒的碳化硅陶瓷的制備方法之六將72 % - 94 % (重量)的碳化硅粉，以及，2 % - 10 % (重量) 的片狀氧化鋁顆粒，以及，2 % - 10 % (重量)的棒狀氧化鋁顆粒，以及，2 % -8% (重量)的球狀氧化鋁顆粒，進(jìn)行干法球磨混合，之后，置于石墨模具中， 在1950。C - 220(TC溫度區(qū)間及200MPa以上的壓力下燒結(jié)0. 5 -3.0小時(shí)， 制成含有多種特征形貌氧化鋁分散嵌入顆粒的碳化硅陶瓷。其中，片狀氧化鋁顆粒、棒狀氧化鋁顆粒以及球狀氧化鋁顆粒的制備技術(shù) 或定制產(chǎn)品的獲取途徑同實(shí)施例1。實(shí)施例7，含有多種特征形貌氧化鋁分散嵌入顆粒的碳化硅陶瓷的制備方 法之七將72 % - 94 % (重量)的碳化硅粉，以及，2 % - 10 % (重量)的 片狀氧化鋁顆粒，以及，2 % - 10 % (重量)的棒狀氧化鋁顆粒，以及，2 % -8% (重量)的球狀氧化鋁顆粒，以及，適量的水，配成漿狀物料，進(jìn)行濕法球 磨混合，經(jīng)干燥后，置于石墨模具中，在1950。C - 220(TC溫度區(qū)間及20(MPa 以上的壓力下燒結(jié)0.5 - 3.0小時(shí)，制成含有多種特征形貌氧化鋁分散嵌入 顆粒的碳化硅陶瓷。其中，片狀氧化鋁顆粒、棒狀氧化鋁顆粒以及球狀氧化鋁顆粒的制備技術(shù) 或定制產(chǎn)品的獲取途徑同實(shí)施例1。實(shí)施例8，含有多種特征形貌氧化鋁分散嵌入顆粒的碳化硅陶瓷的制備方 法之八將72 % - 94 % (重量)的碳化硅粉，以及，2 % - 10 % (重量)的 片狀氧化鋁顆粒，以及，2 % - 10 % (重量)的棒狀氧化鋁顆粒，以及，2 % - 8% (重量)的球狀氧化鋁顆粒，以及，適量的乙醇，配成漿狀物料，進(jìn)行濕法球磨混合，經(jīng)干燥后，置于石墨模具中，在195(TC - 220(TC溫度區(qū)間及200MPa 以上的壓力下燒結(jié)0.5 - 3.0小時(shí)，制成含有多種特征形貌氧化鋁分散嵌入 顆粒的碳化硅陶瓷。其中，片狀氧化鋁顆粒、棒狀氧化鋁顆粒以及球狀氧化鋁顆粒的制備技術(shù) 或定制產(chǎn)品的獲取途徑同實(shí)施例1。實(shí)施例9，含有多種特征形貌氧化鋁分散嵌入顆粒的碳化硅陶瓷的制備方 法之九將72 % - 94 % (重量)的碳化硅粉，以及，2 % - 10 % (重量)的 片狀氧化鋁顆粒，以及，2 % - 10 % (重量)的棒狀氧化鋁顆粒，以及，2 % -8% (重量)的球狀氧化鋁顆粒，以及，適量的甲醇，配成漿狀物料，進(jìn)行濕法 球磨混合，經(jīng)干燥后，置于石墨模具中，在195(TC - 220(TC溫度區(qū)間及200MPa 以上的壓力下燒結(jié)0.5 - 3.0小時(shí)，制成含有多種特征形貌氧化鋁分散嵌入 顆粒的碳化硅陶瓷。其中，片狀氧化鋁顆粒、棒狀氧化鋁顆粒以及球狀氧化鋁顆粒的制備技術(shù) 或定制產(chǎn)品的獲取途徑同實(shí)施例1。實(shí)施例10，含有多種特征形貌氧化鋁分散嵌入顆粒的碳化硅陶瓷的制備方 法之十將72 % - 94 % (重量)的碳化硅粉，以及，2 % - 10 % (重量)的 片狀氧化鋁顆粒，以及，2 % - 10 % (重量)的棒狀氧化鋁顆粒，以及，2 % -8% (重量)的球狀氧化鋁顆粒，以及，適量的水，配成漿狀物料，進(jìn)行機(jī)械攪 拌混合，同時(shí)對漿狀物料施加超聲波，如此處理完并經(jīng)干燥后，置于石墨模具 中，在195(TC - 220(TC溫度區(qū)間及200MPa以上的壓力下燒結(jié)0. 5 - 3. 0小 時(shí)，制成含有多種特征形貌氧化鋁分散嵌入顆粒的碳化硅陶瓷。
其中，片狀氧化鋁顆粒、棒狀氧化鋁顆粒以及球狀氧化鋁顆粒的制備技術(shù) 或定制產(chǎn)品的獲取途徑同實(shí)施例1。為方便本領(lǐng)域之外的技術(shù)人員理解和實(shí)施本發(fā)明，本發(fā)明實(shí)施例中凡涉及"C-B燒結(jié)助劑"的實(shí)施例，"C-B燒結(jié)助劑"均指定是碳化硼，即B4C。本發(fā)明各實(shí)施例中，所涉及原料的用量均以范圍形式給出，按所列用量范圍實(shí)施，均能在不同程度上實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的；為方便本領(lǐng)域之外的技術(shù)人員理解和實(shí)施本發(fā)明，可以指定各原料所列用量范圍的中間值為最佳用量實(shí)施值。 為方便本領(lǐng)域之外的技術(shù)人員理解和實(shí)施本發(fā)明，燒結(jié)設(shè)備可以指定是真空碳管爐或熱壓燒結(jié)爐；在互聯(lián)網(wǎng)上可以找到許多此類設(shè)備的供應(yīng)商。關(guān)于陶瓷性能的測試方法和相關(guān)測試儀器，為方便本領(lǐng)域之外的技術(shù)人員了解情況，說明如下以適當(dāng)關(guān)鍵詞鍵入檢索，通過中文期刊網(wǎng)以及外文期刊網(wǎng)以及互聯(lián)網(wǎng)各大搜索工具，可以査到許多相關(guān)信息。
權(quán)利要求
1.一種含有多種特征形貌氧化鋁分散嵌入顆粒的碳化硅陶瓷，其組成如下(1)碳化硅60％～94％(重量)(2)片狀氧化鋁嵌入顆粒2％～10％(重量)(3)棒狀氧化鋁嵌入顆粒2％～10％(重量)(4)球狀氧化鋁嵌入顆粒2％～8％(重量)(5)碳化硼或釔鋁石榴石0％～12％(重量)
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含有多種特征形貌氧化鋁分散嵌入顆粒的碳化硅陶瓷，其特征在于，所述棒狀氧化鋁嵌入顆粒的長徑比分布在3到5之間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的含有多種特征形貌氧化鋁分散嵌入顆粒的碳化硅陶瓷，其特征在于，所述棒狀氧化鋁嵌入顆粒的徑向?qū)挾确植荚贠.l微 米與0.8微米之間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含有多種特征形貌氧化鋁分散嵌入顆粒的碳化硅陶瓷，其特征在于，所述球狀氧化鋁嵌入顆粒的粒徑分布范圍是介于O.l微 米與0.8微米之間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含有多種特征形貌氧化鋁分散嵌入顆粒的碳化硅陶瓷，其特征在于，所述片狀氧化鋁嵌入顆粒的板片寬度介于0.3微米與6.0 微米之間，所述片狀氧化鋁嵌入顆粒的板片寬度與板片厚度之比介于3與 10之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及陶瓷，是關(guān)于一種碳化硅陶瓷，特別是一種含有多種特征形貌氧化鋁分散嵌入顆粒的碳化硅陶瓷。有別于含有碳化硅晶須或含有炭纖維的增韌碳化硅陶瓷，本發(fā)明提供一種新的技術(shù)方案，本發(fā)明的方案提供的是一種含有多種特征形貌氧化鋁分散嵌入顆粒的碳化硅陶瓷，由于所述氧化鋁顆粒原料相對廉價(jià)，因而，含有所述氧化鋁嵌入顆粒的增韌碳化硅陶瓷相對低成本。所述氧化鋁顆粒原料是在制造碳化硅陶瓷的過程中容易與其它生產(chǎn)原料均勻混合的物質(zhì)，由此，含有所述氧化鋁嵌入顆粒的增韌碳化硅陶瓷是一種品質(zhì)均勻的增韌碳化硅陶瓷。本發(fā)明的方案兼顧利用熱膨脹失配誘發(fā)微裂紋、裂紋偏轉(zhuǎn)、裂紋橋聯(lián)、拔出效應(yīng)以及晶粒細(xì)化等有益的增韌因素。
文檔編號(hào)C04B35/565GK101164974SQ200610137009
公開日2008年4月23日 申請日期2006年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月16日
發(fā)明者岳 宋, 李榕生, 淼 水, 霞 王 申請人:寧波大學(xué)