[發明專利]一種金屬增韌碳化硅基復合陶瓷及制備方法

無效

• 申請號: 201010287232.1
• 申請日: 2010-09-17
• 公開（公告）號: CN101973777A
• 公開（公告）日: 2011-02-16
• 發明（設計）人: 楊建鋒;劉榮臻;谷文煒;魯元;喬冠軍;金志浩
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C04B35/71
• 分類號: C04B35/71
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 弋才富

技術領域

本發明涉及一種復合陶瓷及其制備方法，特別涉及一種金屬增韌碳化硅基復合陶瓷及制備方法。

背景技術

碳化硅具有優異的高溫強度、化學穩定性、高硬度、良好的抗熱沖擊性以及較低的熱膨脹系數，因此廣泛應用于冶金、化工、航空航天和熱機等領域。碳化硅陶瓷材料仍然具有脆性大、可靠性低的缺點，因此降低陶瓷材料的脆性并提高材料的可靠性有著重要的工程意義，陶瓷基復合材料(CMC)是目前改善陶瓷脆性的主要方法。制備CMC材料一般都使用顆粒彌散增韌或者纖維和晶須增韌，常見的工藝有：

1)泥漿浸滲法及粉末燒結法，泥漿浸滲法主要用來制造玻璃及玻璃陶瓷基復合材料(參見王零林，特種陶瓷，中南工業大學，1994：150-180)；而粉末燒結方法，就是將陶瓷細粉成型后，在高溫下燒結成型，這種方法往往會對增強用的纖維造成損傷。

2)熔融浸滲法，常用于制備金屬基復合材料，該工藝能一次形成致密且基本無缺陷的基體而且燒結前后尺寸收縮小。在此工藝上，發展了壓力浸滲和真空浸滲。

3)溶膠凝膠法，這種方法制備的材料基體存在孔隙率高，基體在高溫裂解過程中收縮大，容易產生氣孔和裂紋的問題，但化學均勻性好，可以用來制備成分均勻、多相的陶瓷基體。

4)電泳沉積和化學氣相沉積法，電泳沉積法具體的文獻可以參見C.Kaya，F.Kaya，A.R.Boccaccini，K.K.Chawla，Acta?Mater.2001，49，1189.化學氣相沉積的相關文獻可以參見David?P?S.Caputo?A?J.Richard?A?L.AmCeram?Soc?Bull，1986，65，(2)：347-350。這兩種方法就是通過化學或者電泳的方法將基體材料沉積到纖維表面，高溫材料可以在低溫下制造，不會對纖維的表面狀態造成破壞。

現有的制備陶瓷基復合材料(CMC)的工藝往往較為復雜，而且在制備過程中往往使用陶瓷纖維作為基體，這就使得制備材料的成本提高；壓力浸滲的方法則要求事先準備已經燒結過的坯體。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種金屬增韌碳化硅基復合陶瓷及制備方法，其燒結溫度最高溫度不超過850℃，采用壓力浸滲鋁合金的方法，利用金屬和氧化鈦發生反應形成連接提供材料的骨架，既保證了材料本身具有足夠的強度，同時又由于金屬的增韌作用，提高了碳化硅基材料的韌性。

為達到以上目的，本發明的技術方案如下：

一種金屬增韌碳化硅基復合陶瓷，原料按重量百分數，包括下述組分：碳化硅粉末30％～40％、納米氧化鈦粉末5％～20％和硅鋁合金40％～50％以及2％～8％的PVB有機粘接劑。

所述碳化硅粉末，其α-SiC含量＞98％。

所述納米氧化鈦為III類銳鈦礦型鈦白粉。

所述硅鋁合金為鑄造鋁合金，硅含量小于14wt％。

一種金屬增韌碳化硅基復合陶瓷的制備方法，包括下述步驟：

步驟一、按重量百分數準備碳化硅粉末30％～40％、納米氧化鈦5％～20％、硅鋁合金40％～50％以及2％～8％的PVB有機粘接劑，先將30％～40％碳化硅粉末、5％～20％納米氧化鈦粉末兩種原料用無水乙醇作為分散劑濕法球磨制備成混合粉末；

步驟二、將混合粉末干燥，并加入準備好的2％～8％PVB有機粘接劑攪拌均勻后過120～400目篩造粒；所用的PVB有機粘接劑純度在99％以上；

步驟三、根據所需制品形狀選擇模具，將上述造粒料裝入模具型腔內，壓力為60～140MPa模壓成型；將壓制好的生坯，放入烘箱干燥固化，干燥固化工藝為室溫至60℃2h，60℃～80℃4h，80℃～100℃4h，100℃～140℃下保溫時間大于8h。

步驟四、將烘干后的生坯放入空氣爐內于600℃保溫1h排膠，排膠后，將壓鑄機內壁與金屬壓頭之間的接觸表面涂上一層BN，以便滲鋁后脫模，然后將多孔預制體即烘干后的生坯按順序放入壓鑄機腔內，先將壓鑄機預熱到浸滲溫度保持20分鐘，然后將熔融的鋁合金液倒入放置預制體的模具內，以25-40N/S的加載速率施加壓力將鋁合金液壓入預制體內，在浸滲壓力下時保持5分鐘，最后待鑄塊冷卻后與模具分離，然后將鑄塊重新熔化除去多余的鋁合金得到金屬-陶瓷復合材料。

本發明結合反應燒結和壓力浸滲的方法，用粉料作為原料，制得生坯后通過壓力浸滲工藝，在浸滲過程中同時完成浸滲和顆粒的結合，利用金屬改善陶瓷的韌性，是一種相對簡單的制備陶瓷基復合材料的工藝方法。

具體實施方式

以下結合具體實施例對本發明作進一步的詳細說明。

實施例一