一種防護(hù)構(gòu)件用碳化硅陶瓷基復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種防護(hù)構(gòu)件用碳化硅陶瓷基復(fù)合材料及其制備方法，屬于陶瓷生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對新材料的研究和應(yīng)用不斷提出更高的要求，為滿足這種日益發(fā)展的要求，研究工作者們多年來進(jìn)行不懈的努力，在材料制備工藝和材料性能等方面都取得了很大的進(jìn)展。在能源、汽車工業(yè)、航天航空等領(lǐng)域要求材料具備良好的耐腐蝕、耐高溫、高熱傳導(dǎo)等性能，對于普通材料是難以滿足其要求的。碳化硅陶瓷由于具有高溫強度大、抗氧化性強、耐磨損性好、熱穩(wěn)定性佳、熱膨脹系數(shù)小、熱導(dǎo)電率大、硬度高以及抗熱震和耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)良特性，受到廣泛的應(yīng)用，并在許多高技術(shù)領(lǐng)域及基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)得到應(yīng)用，如用作精密軸承、密封件、噴嘴、熱交換器及防護(hù)構(gòu)件等。碳化硅陶瓷雖然具有優(yōu)良的性能，但同時碳化硅也是難以直接燒結(jié)致密的陶瓷，它是屬于共價鍵性很強的材料，必須加入其他材料增大密度和燒結(jié)助劑的作用下才能實現(xiàn)燒結(jié)致密。本發(fā)明采用添加金屬粉末增加碳化硅陶瓷密度，在特制的燒結(jié)助劑的作用下采用無壓燒結(jié)的方式制備各種復(fù)雜形狀和尺寸的碳化硅防護(hù)構(gòu)件，并且很容易能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種防護(hù)構(gòu)件用碳化硅陶瓷基復(fù)合材料及其制備方法。
[0004]為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明通過以下方案實施:
一種防護(hù)構(gòu)件用碳化硅陶瓷基復(fù)合材料及其制備方法，由下列重量份的原料制成:碳化硅70-80、不銹鋼粉末10-13、鈦粉6-9、銥粉3-5、玻璃料1_2、硅烷偶聯(lián)劑A-1711-2、羧甲基纖維素1-2、甘油1-2、硅溶膠3-4、燒結(jié)助劑3-5、去離子水80-100 ；
所述燒結(jié)助劑是由下列重量份的原料制成:氧化鋁3-5、氧化釔1-2、氯化銨2-3、硝酸銥5-7、碳納米顆粒4-6、粘土粉4-5、二甲基硅油1-2、液體石蠟2-4、硅烷偶聯(lián)劑KH-5501-2、人造金剛石粉末2-4、醋酸乙烯樹脂2_3、磷酸三甲酚酯1_2、純化水3_5 ;制備方法是將氧化鋁、氧化釔、硝酸銥、碳納米顆粒和人造金剛石粉末混合加到混料機中，加入醋酸乙烯樹脂和純化水進(jìn)行濕法混合，2-3小時后將混合好的漿料加到膠磨機中研磨過100-200目篩，加熱干燥除去水分，再加入其余剩余的成分?jǐn)嚢杈鶆?，將所得的物料輸入噴霧造粒塔中制成顆粒即可。
[0005]本發(fā)明所述一種防護(hù)構(gòu)件用碳化硅陶瓷基復(fù)合材料及其制備方法，由以下具體步驟制成:
(1)將碳化硅、不銹鋼粉末、銥粉、鈦粉和去離子水加到球磨罐中，球料比3:1，球磨3-5小時后加入硅烷偶聯(lián)劑A-171攪拌均勻后過200-300目篩，再轉(zhuǎn)移到噴霧造粒機中制成顆粒備用；
(2)將玻璃料加熱至熔融，再加入除燒結(jié)助劑之外其余剩余的成分，加熱至50-70°C時保溫20-30分鐘，再將該混合物通過噴涂法噴涂到步驟(I)中的顆粒上，干燥后與燒結(jié)助劑混合均勻；
(3)將步驟(2)得到的物料送入模具中采用160-200MPa干壓成型得素胚，再將該素胚放入真空高溫?zé)Y(jié)爐中在氬氣的保護(hù)下進(jìn)行燒結(jié),燒結(jié)溫度為1750-1900° C，保溫3-5小時后緩慢降溫到1600-1450° C，隨爐冷卻即得。
[0006]本發(fā)明的優(yōu)點是:本發(fā)明制備的碳化硅復(fù)合基陶瓷添加金屬粉末增加了碳化硅陶瓷的密度，添加的燒結(jié)助劑促進(jìn)了碳化硅的致密燒結(jié)性能，并且可以制備出不同復(fù)雜形狀和尺寸大小，用于防護(hù)構(gòu)件時可實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
[0007]具體實施方案
下面通過具體實例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0008]一種防護(hù)構(gòu)件用碳化硅陶瓷基復(fù)合材料及其制備方法，由下列重量份(公斤)的原料制成:碳化硅72、不銹鋼粉末10、鈦粉9、銥粉4、玻璃料2、硅烷偶聯(lián)劑A-1712、羧甲基纖維素1、甘油2、硅溶膠4、燒結(jié)助劑4、去離子水95 ；
所述燒結(jié)助劑是由下列重量份(公斤)的原料制成:氧化鋁5、氧化釔2、氯化銨2、硝酸銥6、碳納米顆粒5、粘土粉4、二甲基硅油2、液體石蠟3、硅烷偶聯(lián)劑KH-5501、人造金剛石粉末3、醋酸乙烯樹脂2、磷酸三甲酚酯1、純化水5 ;制備方法是將氧化鋁、氧化釔、硝酸銥、碳納米顆粒和人造金剛石粉末混合加到混料機中，加入醋酸乙烯樹脂和純化水進(jìn)行濕法混合，3小時后將混合好的漿料加到膠磨機中研磨過200目篩，加熱干燥除去水分，再加入其余剩余的成分?jǐn)嚢杈鶆?，將所得的物料輸入噴霧造粒塔中制成顆粒即可。
[0009]本發(fā)明所述一種防護(hù)構(gòu)件用碳化硅陶瓷基復(fù)合材料及其制備方法，由以下具體步驟制成:
(1)將碳化硅、不銹鋼粉末、銥粉、鈦粉和去離子水加到球磨罐中，球料比3:1，球磨5小時后加入硅烷偶聯(lián)劑A-171攪拌均勻后過300目篩，再轉(zhuǎn)移到噴霧造粒機中制成顆粒備用；
(2)將玻璃料加熱至熔融，再加入除燒結(jié)助劑之外其余剩余的成分，加熱至70°C時保溫30分鐘，再將該混合物通過噴涂法噴涂到步驟(I)中的顆粒上，干燥后與燒結(jié)助劑混合均勻；
(3)將步驟(2)得到的物料送入模具中采用ISOMPa干壓成型得素胚，再將該素胚放入真空高溫?zé)Y(jié)爐中在氬氣的保護(hù)下進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1850° C，保溫3小時后緩慢降溫到1450° C，隨爐冷卻即得。
[0010]本實施例中陶瓷的性能指標(biāo)結(jié)果如下:
耐堿性實驗:不溶于任何強堿；
耐酸性試驗:不溶于任何強酸；
硬度(GPa):32.3 ；
彈性模量(GPa):350 ；
抗折強度(MPa):174 ;
斷裂韌性(Mpa/m1/2):4.24 ；
熱膨脹系數(shù)(10_5/K):1.2 ；
熱傳導(dǎo)率(W/mK):79.5。
【主權(quán)項】
1.一種防護(hù)構(gòu)件用碳化硅陶瓷基復(fù)合材料及其制備方法，其特征在于，由下列重量份的原料制成:碳化硅70-80、不銹鋼粉末10-13、鈦粉6-9、銥粉3_5、玻璃料1_2、硅烷偶聯(lián)劑A-1711-2、羧甲基纖維素1-2、甘油1-2、硅溶膠3_4、燒結(jié)助劑3_5、去離子水80-100 ； 所述燒結(jié)助劑是由下列重量份的原料制成:氧化鋁3-5、氧化釔1-2、氯化銨2-3、硝酸銥5-7、碳納米顆粒4-6、粘土粉4-5、二甲基硅油1-2、液體石蠟2-4、硅烷偶聯(lián)劑KH-5501-2、人造金剛石粉末2-4、醋酸乙烯樹脂2_3、磷酸三甲酚酯1_2、純化水3_5 ;制備方法是將氧化鋁、氧化釔、硝酸銥、碳納米顆粒和人造金剛石粉末混合加到混料機中，加入醋酸乙烯樹脂和純化水進(jìn)行濕法混合，2-3小時后將混合好的漿料加到膠磨機中研磨過100-200目篩，加熱干燥除去水分，再加入其余剩余的成分?jǐn)嚢杈鶆颍瑢⑺玫奈锪陷斎雵婌F造粒塔中制成顆粒即可。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種防護(hù)構(gòu)件用碳化硅陶瓷基復(fù)合材料及其制備方法，其特征在于，由以下具體步驟制成: (1)將碳化硅、不銹鋼粉末、銥粉、鈦粉和去離子水加到球磨罐中，球料比3:1，球磨3-5小時后加入硅烷偶聯(lián)劑A-171攪拌均勻后過200-300目篩，再轉(zhuǎn)移到噴霧造粒機中制成顆粒備用； (2)將玻璃料加熱至熔融，再加入除燒結(jié)助劑之外其余剩余的成分，加熱至50-70°C時保溫20-30分鐘，再將該混合物通過噴涂法噴涂到步驟(I)中的顆粒上，干燥后與燒結(jié)助劑混合均勻； (3)將步驟(2)得到的物料送入模具中采用160-200MPa干壓成型得素胚，再將該素胚放入真空高溫?zé)Y(jié)爐中在氬氣的保護(hù)下進(jìn)行燒結(jié),燒結(jié)溫度為1750-1900° C，保溫3-5小時后緩慢降溫到1600-1450° C，隨爐冷卻即得。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種防護(hù)構(gòu)件用碳化硅陶瓷基復(fù)合材料及其制備方法，其特征在于，由下列重量份的原料制成：碳化硅70-80、不銹鋼粉末10-13、鈦粉6-9、銥粉3-5、玻璃料1-2、硅烷偶聯(lián)劑A-1711-2、羧甲基纖維素1-2、甘油1-2、硅溶膠3-4、燒結(jié)助劑3-5、去離子水80-100；本發(fā)明制備的碳化硅復(fù)合基陶瓷添加金屬粉末增加了碳化硅陶瓷的密度，添加的燒結(jié)助劑促進(jìn)了碳化硅的致密燒結(jié)性能，并且可以制備出不同復(fù)雜形狀和尺寸大小，用于防護(hù)構(gòu)件時可實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
【IPC分類】C04B35-565, C04B35-63, C04B35-622
【公開號】CN104671789
【申請?zhí)枴緾N201510042417
【發(fā)明人】夏云
【申請人】安徽省和翰光電科技有限公司
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年1月28日