一種低溫?zé)o壓燒結(jié)的碳化硅陶瓷及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種低溫?zé)o壓燒結(jié)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]無(wú)壓燒結(jié)是一種常規(guī)的燒結(jié)方法，它是指在常壓下，通過(guò)對(duì)制品加熱而燒結(jié)的一種方法，這是目前最常用，也是最簡(jiǎn)單的一種燒結(jié)方式。它適用于不同形狀、不同大小物件的燒制，溫度便于控制。在正常壓力下，將具有一定形狀的陶瓷素坯經(jīng)高溫煅燒、物理化學(xué)反應(yīng)制成致密、堅(jiān)硬、體積穩(wěn)定，具有一定性能的固結(jié)體的過(guò)程。相對(duì)于“熱壓”和“氣氛加壓”而言，燒結(jié)是在無(wú)外加驅(qū)動(dòng)力，保持在正常壓力下的某種氣氛(如空氣、氫氣、氬氣和氮?dú)獾?下進(jìn)行的。碳化硅是強(qiáng)共價(jià)鍵結(jié)合的化合物，因此，燒結(jié)時(shí)擴(kuò)散速率相當(dāng)?shù)?。碳化硅很難燒結(jié)，必須借助添加劑或外部壓力或反應(yīng)才能實(shí)現(xiàn)致密化，碳化硅陶瓷的難燒結(jié)性使高性能碳化硅陶瓷的成本居高不下，嚴(yán)重阻礙了其應(yīng)用。無(wú)壓燒結(jié)可以制備出復(fù)雜形狀和尺寸大小的碳化硅部件，而且相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，被認(rèn)為是碳化硅陶瓷的最有前途的燒結(jié)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種低溫?zé)o壓燒結(jié)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(guò)以下方案實(shí)施:
一種低溫?zé)o壓燒結(jié)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70-90、不銹鋼粉末9-15、水解聚馬來(lái)酸酐1-2、錳粉3_6、硅烷偶聯(lián)劑KH-5601-2、糊精3-4、棕剛玉磨料8-12、無(wú)水乙醇10-15、硅酸鈉2_3、燒結(jié)助劑3_4、白炭黑3_4、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(shù)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(jī)中，加入醋酸乙烯樹(shù)脂和純化水進(jìn)行濕法混合，2-3小時(shí)后將混合好的漿料加到膠磨機(jī)中研磨過(guò)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)明所述一種低溫?zé)o壓燒結(jié)的碳化硅陶瓷及其制備方法，由以下具體步驟制成:
(1)將碳化娃、白炭黑、不銹鋼粉末、錳粉、棕剛玉磨料和去離子水加到球磨罐中，球料比3: 1，球磨3-5小時(shí)后加入硅烷偶聯(lián)劑KH-560攪拌均勻后過(guò)200-300目篩，再轉(zhuǎn)移到噴霧造粒機(jī)中制成顆粒備用；
(2)將除燒結(jié)助劑之外其余剩余的成分混合，以3-5°C/min的速度邊攪拌邊加熱，力口熱至50-70° C時(shí)保溫20-30分鐘，再將該混合物通過(guò)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(shí)后緩慢降溫到1600-1450° C，隨爐冷卻即得。
[0006]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:本發(fā)明通過(guò)精確的比例設(shè)計(jì)，使原料混合燒結(jié)后密度提高，改善其性能；添加的不銹鋼粉末增加了陶瓷的燒結(jié)致密度，降低了燒結(jié)溫度，節(jié)約了資源，本發(fā)明采用的是無(wú)壓燒結(jié)的方式，成本低、操作簡(jiǎn)單，可以制備出形狀、大小復(fù)雜的陶瓷部件，適合大規(guī)模生產(chǎn)。
[0007]具體實(shí)施方案
下面通過(guò)具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0008]一種低溫?zé)o壓燒結(jié)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81、不銹鋼粉末15、水解聚馬來(lái)酸酐2、錳粉4、硅烷偶聯(lián)劑KH-5602、糊精4、棕剛玉磨料10、無(wú)水乙醇15、硅酸鈉3、燒結(jié)助劑4、白炭黑3、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(shù)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(jī)中，加入醋酸乙烯樹(shù)脂和純化水進(jìn)行濕法混合，3小時(shí)后將混合好的漿料加到膠磨機(jī)中研磨過(guò)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)明所述一種低溫?zé)o壓燒結(jié)的碳化硅陶瓷及其制備方法，由以下具體步驟制成:
(1)將碳化娃、白炭黑、不銹鋼粉末、錳粉、棕剛玉磨料和去離子水加到球磨罐中，球料比3: 1，球磨5小時(shí)后加入硅烷偶聯(lián)劑KH-560攪拌均勻后過(guò)300目篩，再轉(zhuǎn)移到噴霧造粒機(jī)中制成顆粒備用；
(2)將除燒結(jié)助劑之外其余剩余的成分混合，以5°C/min的速度邊攪拌邊加熱，加熱至70° C時(shí)保溫30分鐘，再將該混合物通過(guò)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1900° C，保溫4小時(shí)后緩慢降溫到1500° C，隨爐冷卻即得。
[0010]本實(shí)施例中陶瓷的性能指標(biāo)結(jié)果如下:
耐堿性實(shí)驗(yàn):不溶于任何強(qiáng)堿；
耐酸性試驗(yàn):不溶于任何強(qiáng)酸；
硬度(GPa):35.3 ；
彈性模量(GPa):360 ；
抗折強(qiáng)度(MPa):179 ;
斷裂韌性(Mpa/m1/2):4.23 ；
熱膨脹系數(shù)(10_5/K):3.2 ；熱傳導(dǎo)率(W/mK):100。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種低溫?zé)o壓燒結(jié)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70-90、不銹鋼粉末9-15、水解聚馬來(lái)酸酐1-2、錳粉3_6、硅烷偶聯(lián)劑KH-5601-2、糊精3-4、棕剛玉磨料8_12、無(wú)水乙醇10-15、硅酸鈉2_3、燒結(jié)助劑3_4、白炭黑3-4、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(shù)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(jī)中，加入醋酸乙烯樹(shù)脂和純化水進(jìn)行濕法混合，2-3小時(shí)后將混合好的漿料加到膠磨機(jī)中研磨過(guò)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。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種低溫?zé)o壓燒結(jié)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、白炭黑、不銹鋼粉末、錳粉、棕剛玉磨料和去離子水加到球磨罐中，球料比3: 1，球磨3-5小時(shí)后加入硅烷偶聯(lián)劑KH-560攪拌均勻后過(guò)200-300目篩，再轉(zhuǎn)移到噴霧造粒機(jī)中制成顆粒備用； (2)將除燒結(jié)助劑之外其余剩余的成分混合，以3-5°C/min的速度邊攪拌邊加熱，力口熱至50-70° C時(shí)保溫20-30分鐘，再將該混合物通過(guò)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(shí)后緩慢降溫到1600-1450° C，隨爐冷卻即得。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種低溫?zé)o壓燒結(jié)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70-90、不銹鋼粉末9-15、水解聚馬來(lái)酸酐1-2、錳粉3-6、硅烷偶聯(lián)劑KH-5601-2、糊精3-4、棕剛玉磨料8-12、無(wú)水乙醇10-15、硅酸鈉2-3、燒結(jié)助劑3-4、白炭黑3-4、去離子水80-100；本發(fā)明通過(guò)精確的比例設(shè)計(jì)，使原料混合燒結(jié)后密度提高，改善其性能；添加的不銹鋼粉末增加了陶瓷的燒結(jié)致密度，降低了燒結(jié)溫度，節(jié)約了資源，本發(fā)明采用的是無(wú)壓燒結(jié)的方式，成本低、操作簡(jiǎn)單，可以制備出形狀、大小復(fù)雜的陶瓷部件，適合大規(guī)模生產(chǎn)。
【IPC分類(lèi)】C04B35-622, C04B35-64, C04B35-565
【公開(kāi)號(hào)】CN104628389
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510042644
【發(fā)明人】夏云
【申請(qǐng)人】安徽省和翰光電科技有限公司
【公開(kāi)日】2015年5月20日
【申請(qǐng)日】2015年1月28日