[發明專利]碳化硅短纖維增韌強化碳化硅陶瓷及其制備方法

有效

• 申請號: 200910098876.3
• 申請日: 2009-05-21
• 公開（公告）號: CN101555144A
• 公開（公告）日: 2009-10-14
• 發明（設計）人: 楊輝;郭興忠;張玲潔;高黎華;傅培鑫
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C04B35/622
• 分類號: C04B35/622;C04B35/80;C04B35/565
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司
• 代理人: 金 祺

技術領域

本發明涉及一種碳化硅短纖維強化碳化硅陶瓷的制備方法。

背景技術

碳化硅陶瓷是一種共價鍵結合的新型陶瓷材料，具有硬度高、耐磨、耐腐蝕、高溫性 能優越等特點，在機械、化工、能源、軍工等高技術領域得到了大量應用。例如，用作高 溫、耐磨、耐腐蝕機械密封部件，各種砂輪和磨具，高效率的熱交換器和大容量的超大規 模集成電路的襯底材料，原子能反應堆結構材料、火箭尾氣噴管、火箭燃燒室內襯、反射 鏡鏡體等。雖然碳化硅陶瓷具有許多優異的性能，在很多領域得到應用，但是碳化硅陶瓷 與其它結構陶瓷一樣屬于脆性材料，其室溫強度低、斷裂韌性較差，大大降低了其可加工 性和應用可靠性，因此制備同時具有較高強度和較高斷裂韌性的碳化硅基復相陶瓷一直是 碳化硅陶瓷研究的主要內容之一。

高長徑比纖維或晶須增韌強化陶瓷是陶瓷基復合材料中最有發展前景的方向之一。陶 瓷基體經纖維或晶須增強后，不僅強度大為提高，更為明顯的是，纖維或晶須通過撥出效 應、裂紋偏轉實現增韌，使復合陶瓷的韌度增加，韌性大大上升。目前，晶須補強碳化硅 基復合材料主要是SiC(w)/SiC復合材料，纖維補強碳化硅基復合材料主要有Nextell、 Nicalon、連續碳纖維、連續碳化硅纖維等。

專利號ZL97199764.0和公開號CN101033137都報道了碳/碳纖維-碳化硅復合材料的 摩擦部件及其制造方法。公開號CN101164971、CN101164972、CN101164976、 CN101164973、CN101164977、CN101092302、CN101104559、CN101092303、CN101164989、 CN101164995、CN101164999、CN101165000、CN101165002、CN101172874、CN101164994、 CN101172877、CN101165001等專利均報道了采用碳纖維、碳化硅晶須(晶片)、(片狀、 棒狀、顆粒)氧化鋁分別進行組合增韌強化碳化硅陶瓷的制備方法。

雖然，晶須、纖維增韌強化碳化硅基復合陶瓷材料的開發以及增強增韌理論及方法得 到很好的發展，但仍然存在以下問題：

1)、無論是晶須補強、纖維補強，在工藝上最大難點是由于結構形態、比重差異，使 得增強元與基體之間很難做到均勻分散，從而使補強效果不佳，甚至影響碳化硅自身性能； 因此采取措施使復合組份均勻化顯得尤為重要。然而，目前所公開的專利更多地從增強相 的形貌、尺寸上去考慮復合，但是并未從增強相分散改性以及采用新技術實現增強相的均 勻分布。

2)、目前，碳化硅纖維增強碳化硅陶瓷中的碳化硅纖維多為連續纖維，連續纖維經過 編制后，通過化學氣相浸滲方法制備連續碳化硅纖維增強碳化硅陶瓷復合材料，工藝復雜， 只能用于特殊領域。

3)、目前，大部分晶須或纖維補強碳化硅基復合材料采用熱壓燒結、熱等靜壓燒結或 氣相浸滲等工藝，這些制備工藝復雜，成本高，很難實現產業化生產，有必要采用綜合性 能優越、工藝成本相對簡單的無壓燒結工藝實現纖維補強及其復合陶瓷材料的產業化生 產。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種工藝簡單、生產成本低廉的碳化硅短纖維增韌強 化碳化硅陶瓷的制備方法，采用該方法制備而得的碳化硅短纖維增強化韌碳化硅陶瓷具有 斷裂韌性大、機械強度高等特性。

為了解決上述技術問題，本發明提供一種碳化硅短纖維增韌強化碳化硅陶瓷的制備方 法，以重量百分比為80％～87％的碳化硅粉體、8％～10％的釔鋁石榴石和5％～10％的 碳化硅短纖維組成主原料，依次包括以下步驟：

1)、將上述主原料、粘結劑、分散劑加入到去離子水中，球磨混合后，配制成固相含 量為30％～50％的水基碳化硅料漿；粘結劑、分散劑的重量分別是主原料的1.5％～3％、 0.5％～1.5％；

2)、采用噴霧干燥工藝對水基碳化硅料漿進行噴霧干燥，得到強化碳化硅造粒粉；

3)、對上述強化碳化硅造粒粉采用160～200MPa干壓成型，獲得碳化硅素坯；

4)、將上述碳化硅素坯放入真空無壓燒結爐中，升溫至1950～2000℃保溫1.0～1.5 小時，燒結結束，得到碳化硅短纖維增韌強化碳化硅陶瓷。

作為本發明的碳化硅短纖維增韌強化碳化硅陶瓷的制備方法的改進：粘結劑為聚乙烯 醇，分散劑為四甲基氫氧化銨。