專利名稱：一種碳化硅-碳復合材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于無機非金屬材料技術領域。尤其涉及ー種碳化硅-碳復合材料及其制備方法。
背景技術：
非氧化物復合材料是高溫エ業(yè)用材料發(fā)展的重要方向之一。其中，碳化硅-碳復合材料結合了碳化硅和石墨的優(yōu)點，具有優(yōu)異的高溫力學性能、抗氧化性能、熱震穩(wěn)定性能、高比強度、高比模量和非脆性斷裂特征。該類復合材料將在航空、航天、新能源、冶金等方面具有廣闊的應用前景。目前制備SiC-C類材料的方法包括化學氣相滲透法、熱壓法、前驅體浸潰裂解法及液相或氣相滲硅法等。這些方法雖然可以制備出SiC-C類材料，但是對設備及樹 脂要求苛刻，生產成本很高，普通企業(yè)難以承擔，大規(guī)模推廣存在一定的困難。

發(fā)明內容
本發(fā)明g在克服現有技術不足，目的是提供一種エ藝簡單和成本相對低廉的碳化硅-碳復合材料的制備方法，用該方法制備的碳化硅-碳復合材料具有優(yōu)異的高溫力學性能、抗氧化性能、熱震穩(wěn)定性能、高比強度、高比模量和非脆性斷的裂特點。為實現上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案是先將50 90wt%的石墨、5 40wt%的高硅氧玻璃和f 10wt%的酚醛樹脂攪拌混合，混合時間為2 30分鐘，壓制成型，自然干燥24小時；再于11(T30(TC條件下熱處理8 24小時，然后在1300 1700で條件下于還原氣氛中保溫f 12小吋，自然冷卻，最后破碎成粒度小于IOmm的顆?；蚍垠w。所述高硅氧玻璃中Si02含量彡94wt%, B2O3含量彡lwt% ;高硅氧玻璃的粒徑為3 200 μ mD所述石墨的粒徑為3 500 μ m,石墨中的C含量彡90%。所述酚醛樹脂為液態(tài)或為固體粉末；其中固體粉末粒徑為4(Γ200μπι，酚醛樹脂的殘?zhí)悸?gt;40%。由于采用上述技術方案，本發(fā)明對預混合的原材料進行高溫處理。其中的高硅氧玻璃在高溫下變?yōu)槿垠w，包裹在石墨表面并和石墨發(fā)生液相反應，由于配料中石墨過量，在高硅氧玻璃和石墨接觸處生成碳化硅，進而形成碳化硅-碳復合材料。本發(fā)明采用預混合、反應和再粉碎的エ藝，即反應制備方法，避免了因機械混合難以達到材料各成分均一和性質穩(wěn)定的不足，可在反應合成碳化硅-碳材料的基礎上同時獲得結構均一和性能穩(wěn)定的SiC-C粉體材料，所制備的碳化硅-碳復合材料具有優(yōu)異的高溫力學性能、抗氧化性能、熱震穩(wěn)定性能、高比強度、高比模量和非脆性斷裂特征。本發(fā)明主要采用細小顆粒和粉料混合后經反應和再粉碎エ藝，生產エ藝簡單，成本相對低廉，具備大規(guī)模推廣的潛力。由于SiC-C材料具有一系列優(yōu)異的性能，不僅可以單獨用來制備高級的高溫材料也可以作為其它高溫材料生產用的粉體，從而提升高溫材料的抗熔體、粉塵、煙氣等的侵蝕、滲透性能和熱震穩(wěn)定性能。故該類復合材料將在航空、航天、新能源、冶金等方面具有廣闊的應用前景。因此，本發(fā)明制備エ藝簡單，成本相對低廉；所制備的碳化硅-碳復合材料不僅具有良好性能的導熱和導電性能，且具有優(yōu)良的抗熔體侵蝕性能和抗?jié)B透性能，還具有優(yōu)異的高溫力學性能、抗氧化性能、熱震穩(wěn)定性能、高比強度、高比模量和非脆性斷裂特點。
具體實施例方式下面結合具體實施方式
對本發(fā)明做進ー步的描述，并非對其保護范圍的限制。為避免重復，現將本具體實施方式
所涉及的技術參數統(tǒng)ー描述如下，實施例中不再贅述
高娃氧玻璃的粒徑為3 200 μ m ;高娃氧玻璃中Si02含量彡94wt%, B2O3含量彡wtl%。
石墨的粒徑為3 500 μ m，石墨中的C含量彡90wt%。酚醛樹脂為液態(tài)或為固體粉末；其中固體粉末粒徑為4(Γ200 μ m ;酚醛樹脂的殘?zhí)悸省?0%。實施例I
ー種碳化硅-碳復合材料及其制備方法。先將5(T60wt%的石墨、35 40wt%的高硅氧玻璃和5 10wt%的酚醛樹脂攪拌混合，混合時間為2 30分鐘，壓制成型，自然干燥24小時；再于11(T15(TC條件下熱處理8 12小時，然后在1300 1400で條件下埋碳氣氛中保溫3飛小時，自然冷卻，最后破碎成粒度小于IOmm的顆?；蚍垠w。實施例2
ー種碳化硅-碳復合材料及其制備方法。先將6(T70wt%的石墨、25 35wt%的高硅氧玻璃和3 5wt%的酚醛樹脂攪拌混合，混合時間為2 30分鐘，壓制成型，自然干燥24小時；再于15(T200°C條件下熱處理12 15小時，然后在140(Tl50(TC條件下于CO氣氛中保溫5 8小時，自然冷卻，最后破碎成粒度小于IOmm的顆?；蚍垠w。實施例3
ー種碳化硅-碳復合材料及其制備方法。先將7(T80wt%的石墨、15 20wt%的高硅氧玻璃和3 10wt%的酚醛樹脂攪拌混合，混合時間為2 30分鐘，壓制成型，自然干燥24小時；再于200°C 250°C條件下熱處理15 20小時，然后在150(Tl60(TC條件下于碳管爐中保溫5 8小時，自然冷卻，最后破碎成粒度小于IOmm的顆粒或粉體。實施例4
ー種碳化硅-碳復合材料及其制備方法。先將8(T85wt%的石墨、l(Tl5wt%的高硅氧玻璃、和f5wt%的酚醛樹脂攪拌混合，混合時間為2 30分鐘，壓制成型，自然干燥24小時；再于25(T300°C條件下熱處理2(Γ24小時，然后在160(Tl70(TC條件下于埋碳氣氛中保溫8 12小時，自然冷卻，最后破碎成粒度小于IOmm的顆?；蚍垠w。實施例5
ー種碳化硅-碳復合材料及其制備方法。先將85 90wt%的石墨、5 10wt%的高硅氧玻璃和f 5wt%的酚醛樹脂攪拌混合，混合時間為2 30分鐘，壓制成型，自然干燥24小時；再于11(T15(TC條件下熱處理8 12小時，然后在1300 1400で條件下于埋碳氣氛中保溫廣3小時，自然冷卻，最后破碎成粒度小于IOmm的顆?；蚍垠w。
實施例6
ー種碳化硅-碳復合材料及其制備方法。先將8(T85wt%的石墨、l(Tl5wt%的高硅氧玻璃和f 5wt%的酚醛樹脂攪拌混合，混合時間為2 30分鐘，壓制成型，自然干燥24小時；再于15(T200°C條件下熱處理12 15小時，然后在140(Tl50(TC條件下于CO氣氛中保溫Γ5小時，自然冷卻，最后破碎成粒度小于IOmm的顆?；蚍垠w。實施例7
ー種碳化硅-碳復合材料及其制備方法。先將6(T70wt%的石墨、25 35wt%的高硅氧玻璃和3 5wt%的酚醛樹脂攪拌混合，混合時間為2 30分鐘，壓制成型，自然干燥24小時；再于20(T250°C條件下熱處理15 20小時，然后在1600 1700で條件下于碳管爐中保溫5 8小時，自然冷卻，最后破碎成粒度小于IOmm的顆?；蚍垠w。實施例8
ー種碳化硅-碳復合材料及其制備方法。先將65 75wt%的石墨、2(T25wt%的高硅氧玻璃和5 10wt%的酚醛樹脂攪拌混合，混合時間為2 30分鐘，壓制成型，自然干燥24小時；再于20(T250°C條件下熱處理15 20小時，然后在160(Tl70(TC條件下于電爐中保溫f 3小時，自然冷卻最后破碎成粒度小于IOmm的顆?；蚍垠w。本具體實施方式
對預混合的原材料進行高溫處理。其中的高硅氧玻璃在高溫下變?yōu)槿垠w，包裹在石墨表面并和石墨發(fā)生液相反應，由于配料中石墨過量，在高硅氧玻璃和石墨接觸處生成碳化硅，進而形成碳化硅-碳復合材料。本具體實施方式
采用預混合、反應和再粉碎的エ藝，即反應制備方法，避免了因機械混合難以達到材料各成分均一和性質穩(wěn)定的不足，可在反應合成碳化娃-碳材料的基礎上同時獲得結構均一和性能穩(wěn)定的SiC-C粉體材料，所制備的碳化硅-碳復合材料具有優(yōu)異的高溫力學性能、抗氧化性能、熱震穩(wěn)定性能、高比強度、高比模量和非脆性斷裂特點。本具體實施方式
主要采用細小顆粒和粉料混合后經反應和再粉碎エ藝，生產エ藝簡單，成本相對低廉，具備大規(guī)模推廣的潛力。由于SiC-C材料具有一系列優(yōu)異的性能，不僅可以単獨用來制備高級的高溫材料也可以作為其它高溫材料生產用的粉體，從而提升高溫材料的抗熔體、粉塵、煙氣等的侵蝕、滲透性能和熱震穩(wěn)定性能。故該類復合材料將在航空、航天、新能源、冶金等方面具有廣闊的應用前景。因此，本具體實施方式
制備エ藝簡單，成本相對低廉；所制備的碳化硅-碳復合材料不僅具有良好性能的導熱和導電性能，且具有優(yōu)良的抗熔體侵蝕性能和抗?jié)B透性能，還具有優(yōu)異的高溫力學性能、抗氧化性能、熱震穩(wěn)定性能、高比強度、高比模量和非脆性斷裂的特點。
權利要求
1.ー種碳化硅-碳復合材料的制備方法，其特征在于先將5(T90wt%的石墨、5 40wt%的高硅氧玻璃和f 10wt%的酚醛樹脂攪拌混合，混合時間為2 30分鐘，壓制成型，自然干燥24小時；再于11(T30(TC條件下熱處理8 24小時，然后在130(Tl70(TC條件下于還原氣氛中保溫f 12小吋，自然冷卻，最后破碎成粒度小于IOmm的顆粒或粉體。
2.根據權利要求I所述的碳化硅-碳復合材料的制備方法，其特征在于所述高硅氧玻璃中=SiO2含量彡94wt%，B2O3含量彡lwt% ;高硅氧玻璃的粒徑為3 200 μ m。
3.根據權利要求I所述的碳化硅-碳復合材料的制備方法，其特征在于所述石墨的粒徑為3 500 μ m，石墨中的C含量彡90wt%o
4.根據權利要求I所述的碳化硅-碳復合材料的制備方法，其特征在所述酚醛樹脂為液態(tài)或為固體粉末；其中固體粉末粒徑為4(Γ200μπι，酚醛樹脂的殘?zhí)悸?gt;40%。
5.根據權利要求廣4項中任一項所述的碳化硅-碳復合材料的制備方法所制備的碳化硅-碳復合材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種碳化硅-碳復合材料及其制備方法。其技術方案是先將50~90wt%的石墨、5~40wt%的高硅氧玻璃和1~10wt%的酚醛樹脂攪拌混合，混合時間為2~30分鐘，壓制成型，自然干燥24小時；再于110~300℃條件下熱處理8~24小時，然后在1300~1700℃條件下于還原氣氛中保溫1~12小時，自然冷卻，最后破碎成粒度小于10mm的顆粒和粉體。本發(fā)明制備工藝簡單，成本相對低廉；所制備的碳化硅-碳復合材料不僅具有良好的導熱性能和導電性能，且具有優(yōu)良的抗熔體侵蝕性能和抗?jié)B透性能。
文檔編號C04B35/565GK102745994SQ20121026021
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月26日 優(yōu)先權日2012年7月26日
發(fā)明者吳斌, 李雪, 王落霞, 許興堂, 馬列鷹, 魏耀武 申請人:武漢科技大學