[發明專利]采用改進流延成型工藝制備反應燒結碳化硅陶瓷的方法

有效

• 申請號: 201110302416.5
• 申請日: 2011-09-23
• 公開（公告）號: CN102503430A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 羅朝華;江東亮;張景賢;林慶玲;陳忠明;黃政仁
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C04B35/565
• 分類號: C04B35/565;C04B35/622
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種采用改進對流延成型法制備反應燒結碳化硅陶瓷工藝改進的方法，屬于陶瓷制備領域。

背景技術

流延成型是一種膠態成型的方法，用該方法制得的陶瓷材料具有結構均勻、可設計、可靠性高等特點，目前已經廣泛應用于制備薄的平板陶瓷材料，特別在多層復合材料中優勢更加明顯。在先期的實驗工作中，利用流延成型方法已經制備得到了微觀結構均勻、孔徑分布窄的含碳多孔素坯，并經高溫液相滲硅得到致密的反應燒結碳化硅陶瓷。當素坯中C/SiC比值為3∶10的時候，反應燒結后的陶瓷三點抗彎強度高達410±14MPa。

然而，該種方法得到的陶瓷燒結體中殘留的游離硅含量較高，當素坯中C/SiC比值為3∶10的時候，反應燒結后游離硅含量為37vol％。而過量游離Si的存在不僅限制反應燒結碳化硅陶瓷的使用溫度，而且不利于陶瓷力學性能的提高。因此需要尋求一種方法能有效降低反應燒結體中游離硅的含量并進一步提高燒結體的抗彎強度。

從已有的文獻報道，降低反應燒結碳化硅陶瓷燒結體中游離硅含量可以從兩方面考慮，一是降低素坯的開口孔隙率；二是提高素坯中碳的含量。但無論選擇哪種方法，都要考慮到液相滲硅是一個放熱以及體積膨脹的過程，碳含量的增加也伴隨著更大的熱應力以及體積膨脹。如果素坯不具有一定的強度，則液相滲硅后很容易在燒結體中形成裂紋，進而使陶瓷體強度降低。先前的工作已表明，當素坯中C∶SiC增加到5∶10時，燒結體中出現裂紋狀缺陷，抗彎強度也降低到225±79MPa。

在增強多孔材料方面，許多研究者們采取浸漬樹脂的方法，例如，Furuno等人(Furuno，T.，Imamura，Y.，Kajita，分鐘.，2004.Wood?Sci.Tec分鐘nol.37，349-361.)將酚醛樹脂浸漬到細胞壁中，發現這種方法能顯著提高木材的力學強度。

酚醛樹脂是一種多功能、且能與多種有機或無機填料相容的物質，其經常被用作粘結劑，并且交聯后可以提供一定的機械強度。另外，酚醛樹脂在大約為1000℃的真空或者惰性氣體條件下，會分解留下約55wt％的碳，這對反應燒結也是有利的。

在先前的工作中，本申請的發明人應用流延成型法制備了結構均勻的含碳多孔素坯并得到了力學性能良好的反應燒結碳化硅陶瓷。在此基礎上，本發明擬進一步對多孔素坯進行真空浸漬酚醛樹脂溶液，不僅有效地提高了素坯的強度和碳含量，而且又降低了素坯的開口孔隙率，最終降低燒結體的游離硅含量并增強了燒結體的力學強度。目前國內外關于真空浸漬酚醛樹脂溶液到含碳多孔素坯再進行反應滲硅的工藝則鮮有報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一種采用改進流延成型工藝制備反應燒結碳化硅陶瓷的方法。本發明是針對流延成型工藝制備反應燒結碳化硅陶瓷工藝中游離硅含量高、抗彎強度相對較低的不足，提供一種簡單、有效的方法對其進行改進。其特征在于：采用真空浸漬的方法，將酚醛樹脂溶液浸漬到由流延膜疊層、脫粘后得到的多孔素坯中，酚醛樹脂固化后則殘留在孔壁上；再經中溫脫粘，酚醛樹脂裂解后形成的無定形碳殘留在素坯中，不僅降低了素坯的開口孔隙率而且增加了素坯中的碳含量。由此得到的素坯進行液相滲硅后得到的反應燒結碳化硅陶瓷相對于未浸漬酚醛樹脂的樣品，燒結體中游離硅含量大大降低，而且抗彎強度明顯增加。

本發明采用的具體工藝包括如下步驟：

1)用流延成型法制備不同C/SiC比、孔徑分布均勻的多孔含碳素坯；

2)將上述所得到的多孔含碳素坯真空浸漬在不同濃度酚醛樹脂溶液中；

3)浸漬完全后，將浸漬有酚醛樹脂溶液的含碳多孔素坯表面多余酚醛溶液用濾紙吸干；

4)將表面有多余酚醛溶液的素坯吸干后，放置到干燥箱中干燥使酚醛樹脂固化；

5)將干燥后的素坯在真空條件下升溫使酚醛樹脂裂解成無定形碳；

6)將得到的含碳的素坯放置在硅片上，真空條件下反應滲硅，反應溫度在1420-1550℃之間。

上述步驟1)中的C/SiC質量比介于1∶10-10∶1之間；

較佳的，所述步驟1)中C/SiC質量比介于在1.4-7∶1之間；

所述步驟2)中的酚醛樹脂為苯酚甲醛樹脂、聚乙烯醇縮醛改性酚醛樹脂、聚酰胺改性酚醛樹脂、環氧改性酚醛樹脂、有機硅改性樹脂、以及其他改性型樹脂等；

所述的酚醛樹脂有機溶液為乙醇、異丙醇、正丁醇、正辛醇、丙酮、丁酮、甲苯、二甲苯、正己烷、環己烷有機溶劑中的任意一種；

較佳的，所述的酚醛樹脂的有機溶液濃度為5-70wt％，優先10wt％-60wt％；