本發(fā)明涉及碳化硅陶瓷材料領(lǐng)域，具體涉及一種高性能碳化硅材料的制備方法及其產(chǎn)品。

背景技術(shù)：

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)高性能材料的需求日益增長(zhǎng)，特別是在航空航天、汽車制造、電子器件、化工機(jī)械、核能工程以及高級(jí)耐火材料等領(lǐng)域。對(duì)具有優(yōu)異高溫性能、耐磨性、耐腐蝕性和良好熱穩(wěn)定性的先進(jìn)陶瓷材料的需求不斷上升。碳化硅(sic)陶瓷因其獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，成為這些高端領(lǐng)域中不可或缺的關(guān)鍵材料。在航空航天領(lǐng)域，碳化硅的低密度和高強(qiáng)度特性使其成為制造飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件、火箭噴嘴和航天器熱防護(hù)系統(tǒng)的理想選擇。在電子器件領(lǐng)域，碳化硅的高熱導(dǎo)率和良好的電絕緣性使其成為制造高溫電子器件和功率器件的理想材料，如led照明、半導(dǎo)體器件和傳感器等。化工機(jī)械領(lǐng)域中，碳化硅的耐腐蝕性和耐磨性使其在化工設(shè)備的密封件、泵和閥門等部件中得到廣泛應(yīng)用。核能工程領(lǐng)域中，碳化硅的耐高溫和抗輻射性能使其在核反應(yīng)堆的燃料包殼和熱交換器中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

2、反應(yīng)燒結(jié)碳化硅的過程中，不可避免地引入游離硅，會(huì)損害其高溫性能，導(dǎo)致碳化硅熱膨脹系數(shù)高，抗蠕變性能差，不能在高溫條件下保持穩(wěn)定的形態(tài)和機(jī)械性能。同時(shí)也會(huì)降低碳化硅的力學(xué)性能，影響其抗彎折強(qiáng)度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)中碳化硅材料熱膨脹系數(shù)大，抗彎折強(qiáng)度差的缺陷。從而提供一種高性能碳化硅材料的制備方法及其產(chǎn)品，通過提高碳化硅含量減少游離硅的負(fù)面影響。

2、為了解決上述問題：

3、本發(fā)明提供了一種高性能碳化硅材料的制備方法，包含下列步驟：

4、(1)將碳化硅粉末、碳源、粘結(jié)劑和水混合攪拌得到泥料，將泥料成型得到碳化硅坯體；

5、(2)在惰性氣氛下，將碳化硅坯體進(jìn)行熱處理；

6、(3)將熱處理后的碳化硅坯體埋入硅粉中，進(jìn)行燒結(jié)，即得所述碳化硅材料；

7、所述熱處理的溫度為300-500℃；

8、所述熱處理的時(shí)間為1-2h。

9、優(yōu)選地，所述碳化硅粉末為α-sic。

10、優(yōu)選地，步驟(1)中，所述碳源包括石墨烯、碳納米管和納米炭黑中的一種或兩種；所述粘結(jié)劑包括聚乙二醇、聚乙烯醇和羧甲基纖維素中的一種或多種，優(yōu)選為兩種以上。

11、優(yōu)選地，步驟(2)中，所述惰性氣氛包括氮?dú)夂?或氬氣。

12、優(yōu)選地，步驟(3)中，所述燒結(jié)在真空條件下進(jìn)行；可選的，所述燒結(jié)的真空度<10pa；所述燒結(jié)的溫度為1550-1750℃；所述燒結(jié)的時(shí)間為2-3h。

13、優(yōu)選地，所述碳化硅粉末的粒度為80-350目；所述碳源的粒度≤200nm；所述硅粉的粒度為80-350目；所述硅粉為多晶硅粉末。

14、優(yōu)選地，步驟(1)中的步驟包括：將碳化硅粉末、碳源和粘結(jié)劑混合得到粉料后，再加入水?dāng)嚢璧玫侥嗔?，將泥料成型、干燥得到碳化硅坯體。

15、優(yōu)選地，所述碳源與碳化硅粉末的質(zhì)量比為(6-8)：(92-94)；所述粘結(jié)劑占粉料質(zhì)量的5％-6％；所述泥料的質(zhì)量固含量為80％-90％。

16、優(yōu)選地，所述干燥的溫度為80-100℃，時(shí)間為16-24h。干燥的目的在于去除碳化硅坯體中的水分。

17、優(yōu)選地，步驟(1)中，所述成型為擠出成型、模壓成型或注漿成型。

18、優(yōu)選地，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)選擇對(duì)燒結(jié)后的產(chǎn)品進(jìn)行精加工和包裝，所述精加工包括研磨、拋光和切割。

19、本發(fā)明還提供了由所述高性能碳化硅材料的制備方法得到的碳化硅材料。

20、本發(fā)明技術(shù)方案，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

21、1.本發(fā)明提供了一種高性能碳化硅材料的制備方法，包含下列步驟：(1)將碳化硅粉末、碳源、粘結(jié)劑和水混合攪拌得到泥料，將泥料成型得到碳化硅坯體；(2)在惰性氣氛下，將碳化硅坯體進(jìn)行熱處理；(3)將熱處理后的碳化硅坯體埋入硅粉中，進(jìn)行燒結(jié)，即得所述碳化硅材料；所述熱處理的溫度為300-500℃；所述熱處理的時(shí)間為1-2h。

22、本發(fā)明將碳化硅坯體在惰性氣氛下進(jìn)行熱處理，粘結(jié)劑熱解產(chǎn)生的原位活性碳源均勻分布在坯體中，有效地提高了活性碳源的比例。并且促進(jìn)了后續(xù)真空燒結(jié)中β-sic晶粒生長(zhǎng)，從而提高碳化硅材料中碳化硅的含量，提高了碳化硅材料的抗彎折性能，降低了熱膨脹系數(shù)，避免了碳化硅材料在高溫條件時(shí)發(fā)生蠕變的情況。

23、熱處理的溫度為300-500℃，低溫?zé)崽幚砟軌蚴拐辰Y(jié)劑剩余。剩余的粘結(jié)劑在后續(xù)燒結(jié)過程時(shí)，與硅蒸氣反應(yīng)，進(jìn)一步提升碳化硅含量。

24、本發(fā)明通過原位生成活性碳源與外加碳源的方式，為快速高效生成β-sic結(jié)合相，提供了一條新途徑，有效地提高了產(chǎn)品中碳化硅的含量，解決了當(dāng)前反應(yīng)燒結(jié)碳化硅中游離硅含量難以下降的關(guān)鍵問題。

25、本發(fā)明以外加的碳源作為主要活性碳源，利用其高反應(yīng)活性，在高溫?zé)Y(jié)條件下，活性碳源與滲硅快速發(fā)生反應(yīng)，生成高體積密度的β-sic相，并與原有的α-sic顆粒緊密堆疊，最終制得高碳化硅含量、高致密、均勻晶粒分布的碳化硅材料。

26、2.本發(fā)明進(jìn)一步限定了粘結(jié)劑包括聚乙二醇、聚乙烯醇和羧甲基纖維素中的一種或多種。本發(fā)明選用高分子量的聚合物作為粘結(jié)劑，在惰性氣氛下產(chǎn)生的原位活性碳數(shù)量更多，且均勻分布在碳化硅坯體中。

27、3.本發(fā)明還提供了由所述高性能碳化硅材料的制備方法得到的碳化硅材料。由該方法得到的碳化硅材料，碳化硅含量大于93％、體積密度為3.42-3.50g/cm3、抗折強(qiáng)度＞210mpa、熱膨脹系數(shù)小于4.16×10-6k-1。

技術(shù)特征：

1.一種高性能碳化硅材料的制備方法，其特征在于，包含下列步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高性能碳化硅材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述碳源包括石墨烯、碳納米管和納米炭黑中的一種或兩種；

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種高性能碳化硅材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述惰性氣氛包括氮?dú)夂?或氬氣。

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的一種高性能碳化硅材料的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，所述燒結(jié)在真空條件下進(jìn)行；

5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的一種高性能碳化硅材料的制備方法，其特征在于，所述碳化硅粉末的粒度為80-350目；

6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的一種高性能碳化硅材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中的步驟包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種高性能碳化硅材料的制備方法，其特征在于，所述碳源與碳化硅粉末的質(zhì)量比為(6-8)：(92-94)；

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種高性能碳化硅材料的制備方法，其特征在于，所述干燥的溫度為80-100℃，時(shí)間為16-24h。

9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的一種高性能碳化硅材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述成型為擠出成型、模壓成型或注漿成型。

10.權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述一種高性能碳化硅材料的制備方法得到的碳化硅材料。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及碳化硅陶瓷材料領(lǐng)域，具體涉及一種高性能碳化硅材料的制備方法及其產(chǎn)品。所述高性能碳化硅材料的制備方法，包括：將碳化硅粉末、碳源、粘結(jié)劑和水混合攪拌得到泥料，將泥料成型得到碳化硅坯體；在惰性氣氛下，將碳化硅坯體進(jìn)行熱處理；將熱處理后的碳化硅坯體埋入硅粉中，進(jìn)行燒結(jié)，即得所述碳化硅材料；所述熱處理的溫度為300?500℃；所述熱處理的時(shí)間為1?2h。本發(fā)明在惰性氣氛下進(jìn)行熱處理，粘結(jié)劑熱解產(chǎn)生的原位活性碳源均勻分布在坯體中，有效地提高了活性碳源的比例。結(jié)合外加碳源的方式，快速高效生成β?SiC結(jié)合相，有效地提高了產(chǎn)品中碳化硅的含量，降低熱膨脹系數(shù)的同時(shí)提高了抗彎折強(qiáng)度。

技術(shù)研發(fā)人員：李冉冉,梁健,勞新斌,吳巧合,廖軍,王松
受保護(hù)的技術(shù)使用者：蘭德森材料科技（鹽城）有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6