[發明專利]液相燒結SiC-TiC復合陶瓷及其制備方法

無效

• 申請號: 201110227604.6
• 申請日: 2011-08-10
• 公開（公告）號: CN102390999A
• 公開（公告）日: 2012-03-28
• 發明（設計）人: 洪學勤;宋儀杰;徐超;何見林;龔仕順;雷中興;田先明;陳光勝;徐志華;秦常杰
• 申請（專利權）人: 武漢鋼鐵（集團）公司
• 主分類號: C04B35/565
• 分類號: C04B35/565;C04B35/56;C04B35/64
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 鐘鋒;喬宇

技術領域

本發明涉及液相燒結SiC-TiC復合陶瓷及其制備方法，屬于高溫陶瓷領域。

背景技術

碳化硅陶瓷材料具有高溫強度大、高溫抗氧化性強、耐磨損性能好、熱穩定性佳、熱膨脹系數低、熱導率大、硬度高、抗熱震和耐化學腐蝕等優良性能，在汽車、機械加工、冶金、空間技術、石油化工、能源等領域有著廣泛的應用前景，但其高脆性嚴重制約了它的廣泛使用。如要進一步提高碳化硅陶瓷的性能，關鍵在于解決其脆性問題。

陶瓷的增韌方式主要有相變增韌、纖維（晶須）增韌、顆粒增韌以及復合增韌。目前報道的增韌碳化硅陶瓷多為含有碳化硅晶須或碳纖維的增韌碳化硅陶瓷，但這兩種方法制備成本高，且在制造過程中，長徑比高的碳化硅晶須及碳纖維較難與其他碳化硅陶瓷生產原料混合均勻，這在一定程度上影響了相應增韌碳化硅陶瓷成品的均勻性。另外，碳化硅晶須和碳纖維在生產過程中容易吸入體內，對人的身體健康有害。

顆粒增韌即陶瓷增韌方法中最簡單的一種方法，具有同時提高材料強度和韌性的許多優點。影響第二相顆粒復合材料增韌效果的主要因素為基體與第二相顆粒的彈性模量E、熱膨脹系數α及兩項的化學相容性。其中化學相容性是復合的前提，兩項之間不能存在過多的化學反應，同時又必須具有合適的界面綜合強度。基于上述要求，本發明選取高熔點（3067℃）、高硬度（28Gpa-35Gpa)等優良性能的TiC作為增強相。

傳統方法制備TiC-SiC復合材料大多是通過燒結TiC和SiC混合粉體來實現，但需要很高的溫度（2000℃左右）才能致密化。近年來，國內外的研究焦點主要集中在一種新的燒結方法——液相燒結上，即以一定量的單元或多元低共熔氧化物為助燒結劑，在較低溫度下實現碳化硅陶瓷的致密化。低溫液相燒結同固相燒結相比在結構上得到明顯的改善——晶粒細小均勻且成等軸晶狀，同時由于界面液相的引入和獨特的界面結合弱化，材料的斷裂也變為完全的沿晶斷裂模式，材料的強度和韌性顯著提高。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種高韌性、高強度的液相燒結SiC-TiC復合陶瓷及其制備方法。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案：?

液相燒結SiC-TiC復合陶瓷，其特征在于：它是將15～50wt%的碳化鈦，40～80wt%的碳化硅，5～10wt%的助燒結劑混合，得到混合物，所述的助燒結劑由Al₂O₃和Y₂O₃按重量比為1:2～2:1配比而得，然后加入混合物總重量30～40wt%的蒸餾水和混合物總重量1～3wt%的有機結合劑，經配料、制漿、成型、干燥、燒結而得到的。

按上述方案，所述有機結合劑由檸檬酸氫二銨和聚丙烯醇按重量比為1:2～2:1配比而得。

按上述方案，所述的碳化硅為α-SiC和β-SiC的混合物，平均粒徑為1～3μm。

按上述方案，所述的碳化鈦平均粒徑為1～2μm。

液相燒結SiC-TiC復合陶瓷的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

配料：按上述配比選取原料；

制漿：先在蒸餾水中加入經球磨混合均勻的助燒結劑粉末，攪拌，再加入碳化硅、碳化鈦粉末，攪拌，最后加入有機結合劑持續攪拌直到料漿均勻混合；

成型：采用實心注漿法進行注漿，得到成型胚體；

干燥：成型坯體脫模，干燥；

燒結：將干燥坯體放入真空爐，升溫到1850℃～2000℃進行液相燒結0.5～1.5小時，制得SiC-TiC復合陶瓷。

按上述方案，所述的干燥溫度為45℃～75℃，干燥時間為60～72小時；

按上述方案，所述液相燒結SiC-TiC復合陶瓷的制備方法還包括精整步驟：將SiC-TiC復合陶瓷經精磨加工程序制得TiC-SiC復合陶瓷精加工品。

本發明將TiC作為碳化硅陶瓷的增強相，其特點在于：一方面TiC(7.4×10-6）和SiC(4.8×10-6)熱膨脹系數失配，從而在TiC顆粒和周圍基體內部產生殘余應力場，由此產生的微裂紋有利于材料韌性的提高。另一方面，TiC晶體在溫度≥800℃時會發生塑性變形，造成裂紋尖端區域發生形變，從而導致在材料在高溫下更加堅韌。除此，TiC和SiC在高溫下不發生化學反應。