[發明專利]制備碳化硅木陶瓷的方法

有效

• 申請號: 200910083971.6
• 申請日: 2009-05-13
• 公開（公告）號: CN101565314A
• 公開（公告）日: 2009-10-28
• 發明（設計）人: 馬天;嚴自力;張建春;郝新敏;張華
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍總后勤部軍需裝備研究所
• 主分類號: C04B35/622
• 分類號: C04B35/622;C04B35/565
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司
• 代理人: 關 暢;任鳳華

技術領域

本發明涉及制備碳化硅木陶瓷的方法。

背景技術

木陶瓷研究的初衷是在環境問題日益突出的大背景下為了處理及有效循環利 用木質廢棄物所進行的嘗試。20世紀90年代初日本青森工藝實驗場的岡部敏弘博 士等人以木質廢棄物(如廢紙、木屑等)為原料首先進行了這方面的研究工作，相 應的產品稱為“木陶瓷(woodceramics)”。十多年來，許多國家的研究人員進行 了這方面的研究，美國學者將其稱為“生態陶瓷(Eco-ceramics)”。

近年來，木陶瓷成為新型陶瓷材料研究的一個熱點。諸多國內外研究者采用不 同的木質材料和工藝路線研究并制備了組成、結構迥異的木陶瓷及其復合材料。所 制備的木陶瓷從材料體系上來分，主要是炭質木陶瓷(碳元素是其主要成分)和碳 化硅木陶瓷(SiC和Si是其主要成分)。日本學者最早于1995年利用橡木嘗試制 備了碳化硅木陶瓷，它是將木材在氮氣氣氛保護下熱解得到炭坯，然后對其進行液 相滲硅制備出碳化硅木陶瓷。此后研究者還嘗試了用楓樹、桃花心木、芒果樹及椰 子樹以及密度板(middle?density?fiberboard，MDF)和木纖維/樹脂基復合材料 (wood?basic?composite，WBC)等代替木材作為起始材料，同樣得到了碳化硅木陶 瓷。對碳化硅木陶瓷的力學性能測試表明，它能夠以較低的密度獲得與傳統反應燒 結工藝制備的具有較高密度的反應燒結碳化硅相近的力學性能，因而備受關注，被認 為是很有潛力的一種結構材料。

但是，上述方法并不能成為具有實際應用價值的碳化硅木陶瓷制備工藝：直接 采用木材制備碳化硅木陶瓷時，由于木材密度低，結構波動性大，所制備的陶瓷密 度低，力學性能不甚理想且可靠性差；采用密度板為原料時，結構均一性得到提高， 但坯體密度仍然偏低，所制備的陶瓷致密性差、強度低；采用樹脂基復合材料為原 料時，可以得到較高密度的碳化硅木陶瓷，但原料體系中引入的樹脂粉使陶瓷中殘 碳量過高，限制了其力學性能的進一步提高。

因此有必要開發一種新的碳化硅木陶瓷制備技術，尤其是要獲得微觀結構均 勻、密度分布合理多孔炭坯，使所制備的陶瓷兼有高力學性能和高可靠性兩方面的 優點，這對于碳化硅木陶瓷的實際應用具有重要的意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種制備碳化硅木陶瓷的方法。

本發明所提供的制備碳化硅木陶瓷的方法，是用注漿成型的方法將碳漿制成碳 坯，用液相滲硅或者氣相滲硅的方法使所述碳坯與硅形成碳化硅木陶瓷；所述碳漿 含有細度為1500目-10000目的木質碳粉和水。

其中，所述碳漿中木質碳粉與水的質量比可為5∶(4-7.5)。所述碳漿中還可 含有分散劑和粘結劑。所述分散劑與所述木質碳粉的質量比可為1∶(33-300)； 所述粘結劑與所述木質碳粉的質量可比為1∶(120-1000)。所述分散劑可為聚乙 烯吡咯烷酮(PVP)或聚乙烯醇(PEG)；所述粘合劑可為甲基纖維素(MC)、羧甲 基纖維素(CMC)、甲基纖維素的金屬鹽、羧甲基纖維素的金屬鹽或木質素磺酸鹽。 所述碳坯的密度具體可為0.806g/cm³-0.924g/cm³，所述碳坯與所述硅的質量具體 可比為1∶(2-3)。

所述細度為1500目-5000目的木質碳粉可以通過商業途徑獲得，也可按照如下 的方法制備：在真空或氮氣保護或氬氣保護下，將200-300目的粉狀木質材料在 1000-1500℃碳化，獲得粗碳粉，將所述粗碳粉制成1500目-10000目的木質碳粉。 所述的木質材料可以選自如下至少一種：闊葉類樹木、針葉類樹木、竹、一年生草 本植物的稈莖。

所述液相滲硅的方法為本領域中通用的方法，在本發明中具體可為所述碳坯與 硅在真空度5Pa、1500℃進行反應。所述氣相滲硅的方法為本領域中通用的方法， 在本發明中具體可為所述碳坯與硅在氮氣保護下、1750℃進行反應。