一種碳化硅晶須增強(qiáng)氮化硅陶瓷復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】一種碳化硅晶須增強(qiáng)的氮化硅陶瓷基復(fù)合材料及其制備方法。該碳化硅晶須增強(qiáng)的氮化硅陶瓷基復(fù)合材料基體為氮化硅陶瓷，增強(qiáng)材料為碳化硅晶須。制備方法：碳化硅晶須與硅粉混合造粒后加入燒結(jié)助劑，單體交聯(lián)劑，分散劑，純水混合形成預(yù)混液。預(yù)混液中添加引發(fā)劑和催化劑，以氧化鋁作為球磨介質(zhì)，在尼龍罐中球磨一段時(shí)間，經(jīng)抽濾、烘干，烘干后的粉料采用熱等靜壓燒結(jié)成陶瓷，并對(duì)陶瓷外型加工，最后在進(jìn)行氮化處理。這種經(jīng)碳化硅晶須增韌補(bǔ)強(qiáng)的氮化硅陶瓷，在高溫強(qiáng)度，耐磨性，耐磨蝕性得到了提高，使得氮化硅陶瓷能在更加廣泛的領(lǐng)域應(yīng)用更加完善。
【專利說明】一種碳化硅晶須增強(qiáng)氮化硅陶瓷復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種陶瓷基復(fù)合材料及其制備方法，特別是涉及一種碳化硅晶須增強(qiáng)氮化硅陶瓷復(fù)合材料及其制備方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]氮化硅陶瓷熱膨脹系數(shù)(CTE)為2.5~3.0 X 10_6/K，導(dǎo)熱系數(shù)18.4w/m ? K，熱膨脹低，熱導(dǎo)率高，從而使其抗熱震性能非常優(yōu)良。氮化硅陶瓷具有高強(qiáng)度、高硬度、耐磨蝕、抗氧化和良好的抗熱沖擊及機(jī)械沖擊性能，曾被材料科學(xué)界認(rèn)為是結(jié)構(gòu)陶瓷領(lǐng)域中綜合性能優(yōu)良、最有希望替代鎳基合金在高科技、高溫領(lǐng)域中獲得廣泛應(yīng)用的一種新型材料。但其在1200°C發(fā)生蠕變，脆延轉(zhuǎn)變溫度低，難以單獨(dú)在高溫狀態(tài)使用。
[0003]隨著科技的迅速發(fā)展，機(jī)械、電子、航空航天、能源等各工業(yè)部門對(duì)材料的性能提出更高的要求，現(xiàn)有的金屬或高分子材料往往難以勝任，因此具有高硬度、耐磨損、耐腐蝕、熱化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)異性能的陶瓷材料日益受到關(guān)注。與此同時(shí)陶瓷材料的脆性大，韌性低的弱點(diǎn)，也成為各國(guó)研究的熱點(diǎn)。碳化硅晶須素有“晶須之王”的美譽(yù)，在制備高性能復(fù)合材料方面已得到了廣泛應(yīng)用，也是用于增韌陶瓷基復(fù)合材料中研究得較多的一種增強(qiáng)材料。
[0004]2011年12月出版的《江蘇陶瓷》第44卷第6期雜志中“氮化硅陶瓷的制備及性能研究進(jìn)展” 一文中公開了碳化硅晶須增韌氮化硅陶瓷的作用機(jī)理，利用碳化硅晶須對(duì)陶瓷進(jìn)行增韌，可以大幅度提高氮化硅陶瓷的斷裂韌性。其作用機(jī)理主要是把具有高彈性和高強(qiáng)度的晶須添加到材料中后，使裂紋擴(kuò)展的剩余能量滲入到晶須中，發(fā)生晶須拔出、脫膠和斷裂，導(dǎo)致斷裂能被消耗或裂紋擴(kuò)展方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而形成了復(fù)合材料斷裂時(shí)新的吸能機(jī)制，使復(fù)合材料的韌性大大提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種碳化硅晶須增強(qiáng)氮化硅陶瓷復(fù)合材料，其特征在于是以氮化硅陶瓷作為基體材料，以氮化硅晶須或是碳化硅短切纖維作為增強(qiáng)纖維，增強(qiáng)纖維體積分?jǐn)?shù)為30~45%。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，提供一種碳化硅晶須增強(qiáng)氮化硅陶瓷復(fù)合材料的制備方法。其特征在于，包括下述順序的制備步驟:
[0007]1.將碳化硅晶須與硅粉混合造粒；
[0008]2.將燒結(jié)助劑、單體交聯(lián)劑、分散劑、引發(fā)劑、催化劑加入到上述混合粉料中，以純水作為介質(zhì)，用氧化鋁作為球磨介質(zhì)，按照一定比例加入純水和氧化鋁到尼龍罐中，球磨24~36小時(shí)；
[0009]3.經(jīng)抽濾、烘干，在110~150°C烘箱中保溫5~10小時(shí)；
[0010]4.烘干后的粉料通過200~300目篩子過篩，造粒；
[0011 ] 5.按照實(shí)際需要取相應(yīng)重量的粉料，放置于金屬或玻璃包套中，抽真空后，放入燒結(jié)爐中準(zhǔn)備燒結(jié)；[0012]6.采用熱等靜壓燒結(jié)，在熱等靜壓爐中1650~1750°C，5~lOMPa，燒結(jié)1.5~2小時(shí)，降溫速度約為每小時(shí)600~800°C ；
[0013]7.陶瓷對(duì)陶瓷外型進(jìn)行加工；
[0014]8.在氮化爐中進(jìn)行氮化處理，氮化工藝為1100~1300°C初步氮化，1350-1450°C二次氮化獲得，與純氮化硅陶瓷粉體燒結(jié)相比具有燒結(jié)溫度低的優(yōu)點(diǎn)。
[0015]本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于:1.以碳化硅晶須作為增強(qiáng)相，以保證復(fù)合材料具有高的斷裂韌性以及高的使用可靠性； 2.本發(fā)明的復(fù)合材料具結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、可靠性高、強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)；3.制備工藝簡(jiǎn)單，工藝周期短。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定。
[0017]實(shí)施例1
[0018]1.將碳化硅晶須與硅粉混合造粒；
[0019]2.將燒結(jié)助劑、單體交聯(lián)劑、分散劑、引發(fā)劑、催化劑加入到上述混合粉料中，以純水作為介質(zhì)，用氧化鋁作為球磨介質(zhì)，按照一定比例加入純水和氧化鋁到尼龍罐中，球磨24小時(shí)；
[0020]3.經(jīng)抽濾、烘干，在110°C烘箱中保溫10小時(shí)；
[0021 ] 4.烘干后的粉料通過200目篩子過篩，造粒；
[0022]5.按照實(shí)際需要取相應(yīng)重量的粉料，放置于金屬或玻璃包套中，抽真空后，放入燒結(jié)爐中準(zhǔn)備燒結(jié)；
[0023]6.采用熱等靜壓燒結(jié)，在熱等靜壓爐中1750°C，5MPa，燒結(jié)1.5小時(shí)，降溫速度約為每小時(shí)600°C ；
[0024]7.陶瓷對(duì)陶瓷外型進(jìn)行加工；
[0025]8.在氮化爐中進(jìn)行氮化處理，氮化工藝為1250°C初步氮化，1450°C二次氮化獲得，與純氮化硅陶瓷粉體燒結(jié)相比具有燒結(jié)溫度低的優(yōu)點(diǎn)。
[0026]實(shí)施例2
[0027]1.將碳化硅晶須與硅粉混合造粒；
[0028]2.將燒結(jié)助劑、單體交聯(lián)劑、分散劑、引發(fā)劑、催化劑加入到上述混合粉料中，以純水作為介質(zhì)，用氧化鋁作為球磨介質(zhì)，按照一定比例加入純水和氧化鋁到尼龍罐中，球磨36小時(shí)；
[0029]3.經(jīng)抽濾、烘干，在150°C烘箱中保溫5小時(shí)；
[0030]4.烘干后的粉料通過300目篩子過篩，造粒；
[0031]5.按照實(shí)際需要取相應(yīng)重量的粉料，放置于金屬或玻璃包套中，抽真空后，放入燒結(jié)爐中準(zhǔn)備燒結(jié)；
[0032]6.采用熱等靜壓燒結(jié)，在熱等靜壓爐中1700°C，10MPa，燒結(jié)2小時(shí)，降溫速度約為每小時(shí)800°C ；
[0033]7.陶瓷對(duì)陶瓷外型進(jìn)行加工；[0034]8.在氮化爐中進(jìn)行氮化處理，氮化工藝為1200°C初步氮化，1400°C二次氮化獲得，與純氮化硅陶瓷粉體燒結(jié)相比具有燒結(jié)溫度低的優(yōu)點(diǎn)。
[0035]上述僅為本發(fā)明的兩個(gè)【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的設(shè)計(jì)構(gòu)思并不局限于此，凡利用此構(gòu)思對(duì)本發(fā)明進(jìn)行非實(shí)質(zhì)性的改動(dòng)，均應(yīng)屬于侵犯本發(fā)明保護(hù)的范圍的行為。但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何形式的簡(jiǎn)單修改、等同變化與改型，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種碳化硅晶須增強(qiáng)的氮化硅陶瓷基復(fù)合材料及其制備方法，其特征在于基體材料為氮化硅陶瓷，增強(qiáng)材料為碳化硅晶須或是碳化硅短切纖維。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅晶須增強(qiáng)的氮化硅陶瓷基復(fù)合材料，其特征在于所述的增強(qiáng)材料體積分?jǐn)?shù)為30~45%。
3.—種如權(quán)利要求1所述碳化硅晶須增強(qiáng)的氮化硅陶瓷基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下順序的制備步驟: ①將碳化硅晶須與硅粉按照一定比例混合造粒； ②將燒結(jié)助劑、單體交聯(lián)劑、分散劑、引發(fā)劑、催化劑加入到上述混合粉料中，以純水作為介質(zhì)，用氧化鋁作為球磨介質(zhì)，按照一定比例加入純水和氧化鋁到尼龍罐中，球磨24~36小時(shí)； ③經(jīng)抽濾、烘干，在110~150°C烘箱中保溫5~10小時(shí)； ④烘干后的粉料通過200~300目篩子過篩，造粒； ⑤按照實(shí)際需要取相應(yīng)重量的粉料，放置于金屬或玻璃包套中，抽真空后，放入燒結(jié)爐中準(zhǔn)備燒結(jié)； ⑥采用熱等靜壓燒結(jié)，在熱等靜壓爐中1650~1750°C，5~lOMPa，燒結(jié)1.5~3小時(shí)，降溫速度約為每小時(shí)600~800°C ； ⑦陶瓷對(duì)陶瓷外型進(jìn)行加工`； ⑧在氮化爐中進(jìn)行氮化處理，氮化工藝為1100~1300°C初步氮化，1350-1450°C二次氮化獲得，與純氮化硅陶瓷粉體燒結(jié)相比具有燒結(jié)溫度低的優(yōu)點(diǎn)。
【文檔編號(hào)】C04B35/80GK103724034SQ201310309107
【公開日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2013年7月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月23日
【發(fā)明者】陳照峰, 余盛杰 申請(qǐng)人:太倉派歐技術(shù)咨詢服務(wù)有限公司