一種高韌性碳化硅陶瓷及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高韌性碳化硅陶瓷及其制備方法，該高韌性碳化硅陶瓷由3-5％的增韌劑碳化鈦、1-4％的燒結助劑和余量碳化硅以及不可避免的雜質組成，其中燒結助劑由質量百分比為1：(0.6-8)的碳和碳化硼組成。其制備方法是先將碳化硅，增韌劑碳化鈦，燒結助劑碳和碳化硼混合均勻放入球磨機中，加入水溶性樹脂和蒸餾水進行球磨，然后烘干后加入到鋼模中壓制成型，成型后放入到真空爐內進行燒結，最后進行表面研磨加工后制得最終產品高韌性碳化硅陶瓷。本發(fā)明在碳化硅基體中加入了增韌劑碳化鈦，使碳化硅陶瓷材料的斷裂方式從沿晶斷裂為主變?yōu)橐源┚嗔褳橹?，提高了穿晶以及沿晶斷裂所需的能量，從而起到了增強抗折強度的作用?br> 【專利說明】一種高韌性碳化硅陶瓷及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種陶瓷及其制備方法，尤其涉及一種高韌性碳化硅陶瓷及其制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著科學技術的發(fā)展，密封、裝甲工業(yè)等領域對材料的要求越來越苛刻，迫切需要開發(fā)一種新型的高性能材料。而碳化硅陶瓷在常溫下具有很高的強度和抗蠕變性，優(yōu)良的抗氧化性和耐腐蝕性，而且碳化硅陶瓷具有極低的摩擦系數(shù)，抗磨損性能非常優(yōu)異，具有廣闊的市場前景。
[0003]但是，碳化硅陶瓷脆性較大，斷裂韌性較低，常壓燒結的碳化硅陶瓷抗折強度一般在400MPa左右，難以滿足密封、裝甲工業(yè)等領域對高韌性、高強度的碳化硅陶瓷的需求。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術中存在的上述問題，提出了一種高韌性、高抗折強度的碳化硅陶瓷。
[0005]本發(fā)明的目的可 通過下列技術方案來實現(xiàn):一種高韌性碳化硅陶瓷，所述高韌性碳化硅陶瓷由以下質量百分比成分組成:增韌劑:3-5%，燒結助劑:1-4%，余量為碳化硅以及不可避免的雜質。
[0006]由于碳化硅陶瓷脆性較大，斷裂韌性較低，常壓燒結的碳化硅陶瓷抗折強度只有400MPa左右，不足以滿足對碳化硅陶瓷有更高強度需求的領域使用。因此，本發(fā)明在碳化硅中加入了 3-5%的增韌劑，對碳化硅的韌性進行改性，從而提高碳化硅的抗折強度。但是，又因為碳化硅是強共價鍵化合物，而且在高溫下仍能保持很高的鍵合強度，它的自擴散系數(shù)很小，致密化所必須的體積擴散及晶界擴散速度很小，同時晶界能與粉末表面能的比值比離子化合物和金屬要大得多，使得燒結驅動力較小。因此，本發(fā)明加入少量燒結助劑，在高溫燒結過程中提高表面能，促使產品燒結成致密體。
[0007]作為優(yōu)選，所述增韌劑為碳化鈦。碳化硅陶瓷基體材料的斷口大多為沿晶斷裂，而加入增韌劑碳化鈦后，碳化鈦均勻分布在碳化硅陶瓷基體晶粒內，部分位于晶界處，形成“晶內形”和“晶間形”混合分布。由于部分碳化鈦位于晶粒內，在晶粒內產生張應力，易于產生亞晶界，其斷裂方式大多為穿晶斷裂。由此可見，在碳化硅陶瓷基體中加入碳化鈦，通過碳化鈦顆粒的彌散，形成“晶內形”和“晶間形”混合形分布，使碳化硅陶瓷材料的斷裂方式從沿晶斷裂為主變?yōu)橐源┚嗔褳橹?，增強了晶界的強度，提高了穿晶以及沿晶斷裂所需的能量，從而起到了增強抗折強度的作用。此外，裂紋在碳化硅陶瓷基體中擴展時，顆粒產生的殘余應力會改變裂紋的傳播途徑，使裂紋偏折。
[0008]作為優(yōu)選，所述燒結助劑包括碳和碳化硼，所述碳、碳化硼的質量百分比為1:(0.6-8)。由于碳化硅中的高共價鍵性及低擴散性使其在沒有燒結助劑的情況下難以燒結。所以，本發(fā)明加入少量由碳和碳化硼混合而成的燒結助劑，在高溫燒結過程中提高粉體表面能促使燒結致密。
[0009]作為優(yōu)選，所述碳化硅粒徑為0.3-2 μ m,所述增韌劑碳化鈦粒徑為1_3 μ m,所述燒結助劑碳和碳化硼的粒徑為1-5 μ m。本發(fā)明選取的碳化硅、增韌劑和燒結助劑粒徑都是微米級的，因此，可以保證碳化硅陶瓷燒結后的晶粒度，有利于提高碳化硅陶瓷的體積密度和力學強度。
[0010]本發(fā)明的另一個目的在于提供上述高韌性碳化硅陶瓷的制備方法，所述制備方法包括以下步驟:
[0011]S1、按質量百分比稱取碳化硅，增韌劑碳化鈦，燒結助劑碳和碳化硼并混合均勻；
[0012]S2、將上述混合均勻的粉料放入球磨機中，加入1-6%的水溶性樹脂，80% -140%的蒸餾水進行球磨；
[0013]S3、用蒸汽干燥箱將上述球磨好的粉料烘干，烘干后將粉料加入到鋼模中，加壓到150-250MPa/cm2壓制成型，壓制時間為1-1Os ；
[0014]S4、將上述壓制成型后的素坯放入到真空爐內燒結，燒結溫度為2100-2200°C，保溫時間為1-3小時；
[0015]S5、將上述燒結后的素坯進行表面研磨加工后制得最終產品高韌性碳化硅陶瓷。
[0016]作為優(yōu)選，步驟S2中球磨的球料比為3:1，球磨時間為2h。
[0017]作為優(yōu)選，步驟S3中壓制壓力為150_200MPa/cm2，壓制時間為2_5s。
[0018]作為優(yōu)選，步驟S4中燒結溫度為2150°C，保溫時間為1_2小時。
[0019] 本發(fā)明高韌性碳化硅陶瓷的制備方法簡單，而且本發(fā)明嚴格控制球磨、壓制成型和燒結等過程中的參數(shù)條件，保證最終制得的碳化硅陶瓷產品的強度、抗蠕變性、抗氧化性、抗磨損性和耐腐蝕性等力學性能優(yōu)良。
[0020]本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0021]1.本發(fā)明高韌性碳化硅陶瓷在碳化硅基體中，加入了 3-5%的增韌劑碳化鈦，通過碳化鈦顆粒的彌散，形成“晶內形”和“晶間形”混合形分布，使碳化硅陶瓷材料的斷裂方式從沿晶斷裂為主變?yōu)橐源┚嗔褳橹?，增強了晶界的強度，提高了穿晶以及沿晶斷裂所需的能量，從而起到了增強抗折強度的作用?br> [0022]2.本發(fā)明高韌性碳化硅陶瓷還在基體中加入了由一定比例碳和碳化硼組成的燒結助劑，在高溫燒結過程中提高粉體表面能促使燒結成致密體。
[0023]3.本發(fā)明高韌性碳化硅陶瓷原料粒徑小，燒結后可以保證碳化硅陶瓷的晶粒度，有利于提高碳化硅陶瓷的體積密度和力學強度。
[0024]4.本發(fā)明高韌性碳化硅陶瓷的制備方法簡單，通過嚴格控制制備過程中的條件參數(shù)，使最終制得的碳化硅陶瓷產品強度大、抗蠕變性、抗氧化性、抗磨損性和耐腐蝕性等力學性能優(yōu)良。
【具體實施方式】
[0025]以下是本發(fā)明的具體實施例，對本發(fā)明的技術方案作進一步的描述，但本發(fā)明并不限于這些實施例。
[0026]表1:本發(fā)明實施例1-4高韌性碳化硅陶瓷的
[0027]組成成分及其質量百分比[0028]
【權利要求】
1.一種高韌性碳化硅陶瓷，其特征在于，所述高韌性碳化硅陶瓷由以下質量百分比成分組成:增韌劑:3-5%，燒結助劑:1-4%，余量為碳化硅以及不可避免的雜質。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種高韌性碳化硅陶瓷，其特征在于，所述增韌劑為碳化鈦。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種高韌性碳化硅陶瓷，其特征在于，所述燒結助劑包括碳和碳化硼，所述碳、碳化硼的質量百分比為1: (0.6-8)。
4.根據(jù)權利要求1或2或3所述的一種高韌性碳化硅陶瓷，其特征在于，所述碳化硅粒徑為0.3-2 μ m，所述增韌劑碳化鈦粒徑為1-3 μ m，所述燒結助劑碳和碳化硼的粒徑為1-5 μ m0
5.一種高韌性碳化硅陶瓷的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟: 51、按質量百分比稱取碳化硅，增韌劑碳化鈦，燒結助劑碳和碳化硼并混合均勻； 52、將上述混合均勻的粉料放入球磨機中，加入1-6%的水溶性樹脂，80 % -140 %的蒸懼水進行球磨； 53、用蒸汽干燥箱將上述球磨好的粉料烘干，烘干后將粉料加入到鋼模中，加壓到150-250MPa/cm2壓制成型，壓制時間為1-1Os ； 54、將上述壓制成型后的素坯放入到真空爐內燒結，燒結溫度為2100-2200°C，保溫時間為1-3小時； 55、將上述燒結后的素坯進行表面研磨加工后制得最終產品高韌性碳化硅陶瓷。
6.根據(jù)權利要求5所述的一種高韌性碳化硅陶瓷的制備方法，其特征在于，步驟S2中球磨的球料比為3:1，球磨時間為2h。
7.根據(jù)權利要求5所述的一種高韌性碳化硅陶瓷的制備方法，其特征在于，步驟S3中壓制壓力為150-200MPa/cm2，壓制時間為2_5s。
8.根據(jù)權利要求5所述的一種高韌性碳化硅陶瓷的制備方法，其特征在于，步驟S4中燒結溫度為2150°C，保溫時間為1-2小時。
【文檔編號】C04B35/565GK104030686SQ201410175024
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年4月28日 優(yōu)先權日:2014年4月28日
【發(fā)明者】李友寶, 勵永平 申請人:寧波東聯(lián)密封件有限公司