一種用于散熱器的碳化硅陶瓷及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于散熱器的碳化硅陶瓷及其制備方法，屬于陶瓷生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]普通金屬散熱器，可以對(duì)800度以下的流體進(jìn)行散熱，而且金屬散熱器無法對(duì)有腐蝕性的流體進(jìn)行散熱。陶瓷散熱器具有耐高溫，耐腐蝕，所以可以用陶瓷散熱器用在各種高溫，高腐蝕的流體進(jìn)行散熱，散熱效果好，使用壽命上，同等情況下陶瓷散熱器是金屬散熱器的幾倍或幾十倍。陶瓷換熱器已經(jīng)在冶金、耐材、建材、化工、有色等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，為企業(yè)節(jié)約了大量能源，降低了生產(chǎn)成本。碳化硅本身幾乎不導(dǎo)電，是很好的絕緣體，是其他金屬材料散熱片所不具備的。金屬材料要做到絕緣的話，必然是要進(jìn)行表面氧化等處理方式，一方面增加了成本和工時(shí)，同時(shí)也會(huì)降低導(dǎo)熱性能；碳化硅陶瓷本身不產(chǎn)生電磁波，能夠隔絕電磁波，還可以吸收部分電磁波，是有電磁波方面考量的產(chǎn)品最好的散熱選擇；金屬材料散熱片因?yàn)榻饘俚奶匦?，不可避免的?huì)產(chǎn)生電磁波；防腐蝕，抗氧化，抗冷熱沖擊、熱膨脹系數(shù)低這是碳化硅材料應(yīng)用廣泛的主要功能，不同于金屬材料易腐蝕，易氧化，容易受溫度的變化而熱脹冷縮，從而導(dǎo)致膠貼脫落，固定不穩(wěn)，散熱性能降低等問題，碳化硅陶瓷散熱器在防腐蝕，抗氧化，抗冷熱沖擊這幾方面擁有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)可以在高低溫環(huán)境下保持穩(wěn)定的外部形態(tài)，維持穩(wěn)定的散熱效能，是適用于惡劣環(huán)境下最好的散熱選擇。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種用于散熱器的碳化硅陶瓷及其制備方法。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明通過以下方案實(shí)施:
一種用于散熱器的碳化硅陶瓷及其制備方法，由下列重量份的原料制成:碳化硅60-70、鐵粉4-5、鋁礬土 3-4、羧甲基纖維素1_3、納米碳黑2_3、聚磷酸鈉2_3、無水乙醇15-20、短切碳纖維預(yù)分散體10-14、燒結(jié)助劑2-4、去離子水70-90 ；
所述燒結(jié)助劑是由10-15重量份的氧化鋁、8-12重量份的硼化鋯、15-20重量份的碳粉混合研磨成200-300目粉末，加入0.4-0.8重量份的亞甲基雙丙烯酰胺和10-15重量份的乙醇溶液混合攪拌均勻，加熱蒸去溶劑在10-15MPa下壓制成胚料，然后于600-800° C下干燥粉碎成150-200目粉末即可。
[0005]本發(fā)明所述短切碳纖維預(yù)分散體的制備方法為:將碳纖維短切為長度在l_3mm，在500-600° C下低溫氧化1-2小時(shí)，再將其浸入體積比為3:7的稀硝酸和丙酮的混合溶液中，浸泡1-2天后用去離子水反復(fù)沖洗表面直至溶液呈中性，烘干后采用溶膠-凝膠法在碳纖維表面形成氧化鋯涂層，再將該碳纖維完全浸入水中，超聲波分散10-20分鐘，再加入碳纖維0.3-0.5倍重量份的0P-10乳化劑，繼續(xù)超聲分散1-2小時(shí)即可。
[0006]本發(fā)明所述一種用于散熱器的碳化硅陶瓷及其制備方法，由以下具體步驟制成: (1)將碳化硅、鐵粉、鋁礬土、納米碳黑和去離子水混合加到球磨罐中，以高純度氧化鋁磨球球磨2-3小時(shí)，再加入除短切碳纖維預(yù)分散體之外其余剩余的成分以300-400轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速進(jìn)行濕法混合，混合1-2小時(shí)；
(2)將短切碳纖維預(yù)分散體加到步驟(I)中，轉(zhuǎn)速降低至100-200轉(zhuǎn)/分，繼續(xù)球磨1-2小時(shí)，將混合均勻的漿料在室溫下抽氣緩慢加到金屬模具中，然后置于保溫箱中于80° C下保溫30-50分鐘后脫模，在室溫下自然干燥至重量不再減少；
(3)將步驟(2)得到的碳化硅陶瓷素坯置入反應(yīng)燒結(jié)爐中，將燒結(jié)爐抽真空，以20-25° C/min升溫至1600-1700° C，恒溫保持3_5小時(shí)，試樣隨爐冷卻即可得到。
[0007]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:本發(fā)明添加的短切碳纖維提高碳化硅的力學(xué)性能，提高陶瓷的斷裂韌性，提高素坯的強(qiáng)度和致密度，滿足機(jī)械加工要求，本發(fā)明的制作工藝簡單、質(zhì)量輕、摩擦系數(shù)高而穩(wěn)定、導(dǎo)熱性好、壽命長，作為散熱器具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0008]具體實(shí)施方案
下面通過具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0009]一種用于散熱器的碳化硅陶瓷及其制備方法，由下列重量份(公斤)的原料制成:碳化硅70、鐵粉5、鋁礬土 4、羧甲基纖維素2、納米碳黑3、聚磷酸鈉2、無水乙醇20、短切碳纖維預(yù)分散體14、燒結(jié)助劑3、去離子水80 ;
所述燒結(jié)助劑是由15重量份的氧化鋁、8重量份的硼化鋯、18重量份的碳粉混合研磨成300目粉末，加入0.6重量份的亞甲基雙丙烯酰胺和15重量份的乙醇溶液混合攪拌均勻，加熱蒸去溶劑在12MPa下壓制成胚料，然后于700° C下干燥粉碎成200目粉末即可。
[0010]本發(fā)明所述短切碳纖維預(yù)分散體的制備方法為:將碳纖維短切為長度在3mm，在600° C下低溫氧化2小時(shí)，再將其浸入體積比為3:7的稀硝酸和丙酮的混合溶液中，浸泡I天后用去離子水反復(fù)沖洗表面直至溶液呈中性，烘干后采用溶膠-凝膠法在碳纖維表面形成氧化鋯涂層，再將該碳纖維完全浸入水中，超聲波分散20分鐘，再加入碳纖維0.5倍重量份的0P-10乳化劑，繼續(xù)超聲分散2小時(shí)即可。
[0011]本發(fā)明所述一種用于散熱器的碳化硅陶瓷及其制備方法，由以下具體步驟制成:
(1)將碳化硅、鐵粉、鋁礬土、納米碳黑和去離子水混合加到球磨罐中，以高純度氧化鋁磨球球磨3小時(shí)，再加入除短切碳纖維預(yù)分散體之外其余剩余的成分以400轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速進(jìn)行濕法混合，混合2小時(shí)；
(2)將短切碳纖維預(yù)分散體加到步驟(I)中，轉(zhuǎn)速降低至200轉(zhuǎn)/分，繼續(xù)球磨2小時(shí)，將混合均勻的漿料在室溫下抽氣緩慢加到金屬模具中，然后置于保溫箱中于80° C下保溫50分鐘后脫模，在室溫下自然干燥至重量不再減少；
(3)將步驟(2)得到的碳化硅陶瓷素坯置入反應(yīng)燒結(jié)爐中，將燒結(jié)爐抽真空，以20°C/min升溫至1700° C，恒溫保持5小時(shí)，試樣隨爐冷卻即可得到。
[0012]本實(shí)施例中陶瓷的性能指標(biāo)結(jié)果如下:
硬度(GPa):38.2 ；
彈性模量(GPa):380 ；
抗折強(qiáng)度(MPa):210 ；
斷裂韌性(Mpa/m1/2):4.51 ；
熱膨脹系數(shù)(10_5/K):2.2 ;熱傳導(dǎo)率(W/mK):100。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于散熱器的碳化硅陶瓷及其制備方法，其特征在于，由下列重量份的原料制成:碳化硅60-70、鐵粉4-5、鋁礬土 3-4、羧甲基纖維素1_3、納米碳黑2_3、聚磷酸鈉2_3、無水乙醇15-20、短切碳纖維預(yù)分散體10-14、燒結(jié)助劑2-4、去離子水70-90 ； 所述的燒結(jié)助劑是由10-15重量份的氧化鋁、8-12重量份的硼化鋯、15-20重量份的碳粉混合研磨成200-300目粉末，加入0.4-0.8重量份的亞甲基雙丙烯酰胺和10-15重量份的乙醇溶液混合攪拌均勻，加熱蒸去溶劑在10-15MPa下壓制成胚料，然后于600-800° C下干燥粉碎成150-200目粉末即可。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于散熱器的碳化硅陶瓷及其制備方法，其特征在于，所述短切碳纖維預(yù)分散體的制備方法為:將碳纖維短切為長度在l_3mm，在500-600° C下低溫氧化1-2小時(shí)，再將其浸入體積比為3:7的稀硝酸和丙酮的混合溶液中，浸泡1-2天后用去離子水反復(fù)沖洗表面直至溶液呈中性，烘干后采用溶膠-凝膠法在碳纖維表面形成氧化鋯涂層，再將該碳纖維完全浸入水中，超聲波分散10-20分鐘，再加入碳纖維0.3-0.5倍重量份的OP-1O乳化劑，繼續(xù)超聲分散1-2小時(shí)即可。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于散熱器的碳化硅陶瓷及其制備方法，其特征在于，由以下具體步驟制成: (1)將碳化硅、鐵粉、鋁礬土、納米碳黑和去離子水混合加到球磨罐中，以高純度氧化鋁磨球球磨2-3小時(shí)，再加入除短切碳纖維預(yù)分散體之外其余剩余的成分以300-400轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速進(jìn)行濕法混合，混合1-2小時(shí)； (2)將短切碳纖維預(yù)分散體加到步驟(I)中，轉(zhuǎn)速降低至100-200轉(zhuǎn)/分，繼續(xù)球磨1-2小時(shí)，將混合均勻的漿料在室溫下抽氣緩慢加到金屬模具中，然后置于保溫箱中于80° C下保溫30-50分鐘后脫模，在室溫下自然干燥至重量不再減少； (3)將步驟(2)得到的碳化硅陶瓷素坯置入反應(yīng)燒結(jié)爐中，將燒結(jié)爐抽真空，以20-25° C/min升溫至1600-1700° C，恒溫保持3_5小時(shí)，試樣隨爐冷卻即可得到。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于散熱器的碳化硅陶瓷及其制備方法，其特征在于，由下列重量份的原料制成：碳化硅60-70、鐵粉4-5、鋁礬土3-4、羧甲基纖維素1-3、納米碳黑2-3、聚磷酸鈉2-3、無水乙醇15-20、短切碳纖維預(yù)分散體10-14、燒結(jié)助劑2-4、去離子水70-90；本發(fā)明添加的短切碳纖維提高碳化硅的力學(xué)性能，提高陶瓷的斷裂韌性，提高素坯的強(qiáng)度和致密度，滿足機(jī)械加工要求，本發(fā)明的制作工藝簡單、質(zhì)量輕、摩擦系數(shù)高而穩(wěn)定、導(dǎo)熱性好、壽命長，作為散熱器具有廣泛的應(yīng)用前景。
【IPC分類】C04B35-80, C04B35-565, C04B35-622
【公開號(hào)】CN104829233
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510184690
【發(fā)明人】張波
【申請(qǐng)人】鳳陽徽亨商貿(mào)有限公司
【公開日】2015年8月12日
【申請(qǐng)日】2015年4月20日