本發(fā)明涉及碳陶復(fù)合材料的，特別涉及無硅粘附的碳陶復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、熔融滲硅是目前產(chǎn)業(yè)化制備碳陶復(fù)合材料的主流技術(shù)之一，其過程包括使熔融后的硅粉經(jīng)毛細反應(yīng)進入碳碳復(fù)材內(nèi)部，浸潤并與基體碳反應(yīng)生成sic/c復(fù)合材料。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，熔融滲硅制備碳陶復(fù)合材料中常出現(xiàn)熔融流動的硅液冷卻后粘附于產(chǎn)品及坩堝表面的情況，導(dǎo)致產(chǎn)品表面和坩堝內(nèi)壁出現(xiàn)硅粘附，產(chǎn)品和坩堝清理和分離困難，影響了產(chǎn)品質(zhì)量、坩堝使用壽命等，產(chǎn)生了額外的人力成本和輔材消耗。

2、現(xiàn)有技術(shù)cn113773094a公開了一種在硅粉表面形成可以破殼的碳化硅/氮化硅薄殼的方案，其可以有效地改善滲硅過程中產(chǎn)生的堵孔和滲硅不均的問題，但該技術(shù)方案中，硅粉需要在1400℃高溫預(yù)處理后才能使用，對設(shè)備的要求較高、能量消耗較大。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決上述現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種新的碳陶復(fù)合材料的制備方法，該方法在室溫下使用有機粘結(jié)劑將硅粉表面包裹一層陶瓷隔離粉，顯著改善了滲硅后硅液大面積粘附產(chǎn)品和坩堝的問題，使?jié)B完硅后產(chǎn)品及坩堝表面無明顯粘附、產(chǎn)品與坩堝易分離，同時其操作簡單、成本低、可產(chǎn)業(yè)化大批量生產(chǎn)。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、一種無硅粘附的碳陶復(fù)合材料的制備方法，其包括：

4、于室溫下，將硅粉使用陶瓷隔離材料進行包覆，得到包覆后的硅粉；

5、將所述包覆后的硅粉與高溫處理后的碳碳復(fù)合材料進行滲硅反應(yīng)，獲得無硅粘附的碳陶復(fù)合材料；

6、其中，所述包覆通過滾筒研磨實現(xiàn)；所述陶瓷隔離材料的原料組分包括粉料和溶劑，其中，所述粉料包括：10-40質(zhì)量份的碳單質(zhì)粉末、10-40質(zhì)量份的陶瓷粉末和30-50質(zhì)量份的有機粘結(jié)劑粉末，所述溶劑的質(zhì)量為所述粉料的質(zhì)量的150-200%。

7、本發(fā)明的以上技術(shù)方案，可將碳單質(zhì)粉末、陶瓷粉末、有機粘結(jié)劑粉末和溶劑制備成包覆漿料，其中，有機粘結(jié)劑將陶瓷粉和碳粉包裹在金屬硅粉周圍，在升溫過程中，有機粘結(jié)劑逐漸碳化，與包覆的陶瓷和碳粉一起在金屬硅表面形成一層疏松隔離外殼，該疏松隔離外殼在金屬硅粉熔融后，在金屬硅粉間形成空間位阻，使得滲硅后的殘余硅液難以大面積致密粘附和團聚。

8、優(yōu)選的，所述硅粉的質(zhì)量為所述陶瓷隔離材料質(zhì)量的8-30倍。

9、更優(yōu)選的，所述硅粉的質(zhì)量為所述陶瓷隔離材料質(zhì)量的8-10倍。

10、優(yōu)選的，所述硅粉的純度≥98%、粒徑≥40目。

11、優(yōu)選的，所述碳單質(zhì)粉末為粒徑d50≤30μm的碳粉。

12、優(yōu)選的，所述陶瓷粉末選自粒徑d50≤30μm的氮化硼粉、碳化硅粉、氮化硅粉、二氧化硅粉中的一種或多種。

13、優(yōu)選的，所述有機粘結(jié)劑粉末為有機粘結(jié)樹脂的粉末，所述有機粘結(jié)樹脂選自酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、呋喃樹脂、聚乙烯醇縮丁醛、聚乙烯醇中的一種或多種。

14、優(yōu)選的，所述溶劑為無水乙醇或水。

15、優(yōu)選的，所述陶瓷隔離材料的制備包括：將所述粉料與所述溶劑進行濕法球磨，其中，球料比為5-7:1。

16、優(yōu)選的，所述滲硅反應(yīng)的處理過程包括：將高溫處理后的碳碳復(fù)合材料與所述包覆后的硅粉或預(yù)熱后的所述包覆后的硅粉緩慢升溫至1450-1700℃并保溫。

17、優(yōu)選的，所述制備方法具體包括：

18、將所述粉料與所述溶劑進行濕法球磨，得到隔離漿料；其中，球料比為5-7:1，所用球子為直徑5mm的氧化鋯球子；

19、將所述硅粉加入所述隔離漿料中，進行滾筒研磨，其后烘干，得到所述包覆后的硅粉；

20、將所述包覆后的硅粉與高溫處理后的碳碳復(fù)合材料緩慢升溫至600-900℃，保溫1-2h后，繼續(xù)升溫至1500-1700℃并保溫2-4h，得到所述無硅粘附的碳陶復(fù)合材料。

21、優(yōu)選的，所述緩慢升溫的速率為0.5-1℃/min。

22、或，優(yōu)選的，所述制備方法具體包括：

23、將所述粉料與所述溶劑進行濕法球磨，得到隔離漿料；其中，球料比為5-7:1，所用球子為直徑5mm的氧化鋯球子；

24、將所述硅粉加入所述隔離漿料中，進行滾筒研磨，其后烘干，得到所述包覆后的硅粉；

25、將所述包覆后的硅粉在真空或惰性氛圍下緩慢升溫至400-600℃，保溫1-2h后冷卻，得到預(yù)熱的包覆后的硅粉；

26、優(yōu)選的，所述緩慢升溫的速率為0.5-1℃/min。

27、將所述預(yù)熱的包覆后的硅粉與高溫處理后的碳碳復(fù)合材料升溫至1500-1700℃并保溫2-4h，得到所述無硅粘附的碳陶復(fù)合材料。

28、本發(fā)明進一步提供了根據(jù)上述制備方法制備得到的無硅液大面積粘附的碳陶復(fù)合材料，該復(fù)合材料在滲硅結(jié)束后，與坩堝易分離，坩堝內(nèi)剩余硅渣呈蓬松顆粒狀易清理。

技術(shù)特征：

1.一種無硅粘附的碳陶復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：其包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述硅粉與所述陶瓷隔離材料的質(zhì)量比為8-10:1。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述有機粘結(jié)劑粉末為有機粘結(jié)樹脂的粉末，所述有機粘結(jié)樹脂選自酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、呋喃樹脂、聚乙烯醇縮丁醛、聚乙烯醇中的一種或多種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述硅粉的純度≥98%、粒徑≥40目。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述陶瓷隔離材料的制備包括：將所述粉料與所述溶劑進行濕法球磨，其中，球料比為5-7:1。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述滲硅反應(yīng)的過程包括：將高溫處理后的碳碳復(fù)合材料與所述包覆后的硅粉或預(yù)熱后的所述包覆后的硅粉緩慢升溫至1450-1700℃并保溫。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，其具體包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，其具體包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求6-8中任一項所述的制備方法，其特征在于，所述緩慢升溫的升溫速率為0.5-1℃/min。

10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項所述的制備方法制備得到的無硅粘附的碳陶復(fù)合材料。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種無硅粘附的碳陶復(fù)合材料及其制備方法，屬于碳陶復(fù)合材料的技術(shù)領(lǐng)域。所述制備方法包括：于室溫下，通過滾筒研磨將硅粉使用陶瓷隔離材料進行包覆，將包覆后的硅粉與高溫處理后的碳碳復(fù)合材料進行滲硅反應(yīng)；其中，陶瓷隔離材料包括碳單質(zhì)粉末、陶瓷粉末、有機粘結(jié)劑粉末和溶劑。本發(fā)明的制備方法操作簡單，質(zhì)量穩(wěn)定，適合單面、雙面、包埋等多種滲硅處理，適合大批量生產(chǎn)，所得碳陶復(fù)合材料表面干凈、無明顯硅粘附。

技術(shù)研發(fā)人員：劉琦,陳中武,王凡非,楊冬梅
受保護的技術(shù)使用者：成都方大炭炭復(fù)合材料股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19