[發明專利]一種制備碳化硅木質陶瓷的方法

有效

• 申請號: 200910083979.2
• 申請日: 2009-05-13
• 公開（公告）號: CN101565315A
• 公開（公告）日: 2009-10-28
• 發明（設計）人: 嚴自力;馬天;張建春;周中磊;張華;郝新敏
• 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

本發明涉及一種制備碳化硅木質陶瓷的方法。

背景技術

碳化硅陶瓷是工程陶瓷中的一個重要材料體系，它可以通過多種燒結工藝來制 備，包括無壓燒結、熱壓燒結、等靜壓燒結和反應燒結等，其中，反應燒結工藝具 有燒結溫度低、反應時間短、原料純度要求低、可制備復雜形狀制品等優點，因而 是一種成本低、適用面廣的碳化硅陶瓷制備工藝。

近十多年來，木質材料也被用于反應燒結工藝制備碳化硅陶瓷(稱之為SiC木 質陶瓷)，其方法是將木材、密度板和木粉/樹脂基復合材料等作為木質坯體在氮 氣氣氛保護條件下熱解得到多孔炭坯，然后對其在高溫下進行滲硅制備出SiC木質 陶瓷。由于采用了自然界生長的木材作為原料，因而與傳統生產工藝利用化學方法 制備陶瓷原料相比更具有環保的優勢。但是，研究結果和反應燒結理論表明，用上 述木質材料制備SiC木質陶瓷的技術并不具備實際應用價值：木材是一種天然多孔 材料，因微觀結構的復雜性而使其孔徑具有寬分布的特征；又因樹木生長環境、木 材所處樹干部位等的差異而使其孔徑分布具有較大的變異性，同時某些結構缺陷的 存在也導致孔徑分布和孔隙特征的變化。直接采用木材制備SiC木質陶瓷時，由于 木材密度低，結構波動性大，所制備的陶瓷密度也低，力學性能不甚理想且可靠性 差；采用纖維板為原料時，結構均一性得到提高，但密度仍然偏低，所制備的陶瓷 密度仍然偏低；采用木粉/樹脂基復合材料作為原料時，可以得到高密度的SiC木 質陶瓷，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SiC木質陶瓷制備技術，尤其是要獲得微觀結構理想 的木質坯體及多孔炭坯，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SiC木質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質陶瓷的方法。

本發明所提供的制備碳化硅木質陶瓷方法解決現有碳化硅木質陶瓷制備技術 存在的缺點，提供一種原料易得、工藝簡單易行、陶瓷結構可調控的碳化硅木質陶 瓷制備方法，可以制備高力學性能和高可靠性的碳化硅木質陶瓷。

本發明所提供的制備碳化硅木質陶瓷方法是將由細度為100-800目的木粉制成 的坯體炭化，獲得炭坯；用液相滲硅或者氣相滲硅的方法使所述炭坯與硅形成碳化 硅木質陶瓷。

所述細度為100-800目的木粉可從商業途徑獲得，也可以將闊葉類樹木木材、 針葉樹木木材或一年生草本植物稈莖或者是它們的混合物用木粉機粉碎獲得。木材 粉碎可將木材這種孔徑分布寬、變異大的塊體材料轉變為一種具有窄分布孔徑結構 特征的粉體材料。

所述坯體由所述木粉熱壓成型或輥壓成型制成。木質素是構成木材的一個重要 化學成分，它具有熱塑性，使得木材具有自粘性，木粉的熱壓成型和輥壓成型正是 基于木材的這一性質。木粉的熱塑性還隨木材含水率的升高而增大。通過調節木粉 含水率可以實現在不同溫度下的熱壓成型或輥壓成型。所述木粉的含水率可為 0-80g/100g。當然，所述木粉的含水率也可為0-5g/100g、0-35g/100g、5-35g/100g、 5-80g/100g或35-80g/100g。所述熱壓成型或輥壓成型的溫度可為120-220℃，當 然也包括120-155℃、120-185℃、155-185℃、155-220℃或185-220℃這樣的范圍。

木材經粉碎和熱壓成型或輥壓成型制成所述的坯體，所述的坯體孔徑呈單分布 的特征，通過樹種選擇、木粉細度控制以及成型條件的控制可以獲得具有理想微觀 孔結構的木質坯體，使之適用于制備高力學性能和高可靠性碳化硅木質陶瓷。

所述的坯體的炭化溫度可為600-1600℃，當然，所述炭化溫度也可以為 600-1200℃、600-1500℃、1200-1500℃、1200-1600℃或1500-1600℃。

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0.1-30Pa、溫度1450-1800℃進行反應。

所述真空度也可為0.1-3Pa、1-10Pa或20-30Pa。所述溫度也可為1450-1600℃、 1450-1750℃、1600-1750℃、1600-1800℃或1750-1800℃。