[發(fā)明專利]一種Al4SiC4材料的合成方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210211513.8
• 申請日: 2012-06-16
• 公開（公告）號: CN102730690A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發(fā)明（設計）人: 阮國智;張智慧;尹明強;徐海森;徐國綱
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: C01B33/00
• 分類號: C01B33/00;C01B31/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明屬于陶瓷材料領域。具體涉及一種耐火材料用Al₄SiC₄材料及其合成方法。

背景技術

Al₄SiC₄具有高熔點、高化學穩(wěn)定性、高強度、低熱膨脹系數(shù)以及非常優(yōu)異的高溫強度、抗氧化和抗水化性能，是一種待開發(fā)的、很有前途的高溫結構和高性能耐火材料。目前國內外合成Al₄SiC₄材料主要是以金屬(Al+Si)、氧化物(Al₂O₃+SiO₂)和碳粉為原料(Itatani.K，Takahashi.F，et?al，Densification?and?micro-structural?developments?during?the?sintering?of?aluminum?silicon?carbide.Journal?of?Material?Science，2002，37：335-342.)，或以碳化物(Al₄C₃+SiC)為原料(Roger?Wills，Steve?Goodrich，The?Oxidation?of?Aluminum?Silicon?Carbide.Ceramic?Engineering?and?Science?Proceedings，2005，26(3)：181～188)在惰性氣體或真空的氣氛中經(jīng)高溫加熱合成。由于需要控制氣氛，且合成溫度高，制造工藝復雜，造成合成的Al₄SiC₄材料價格高，無法大規(guī)模工業(yè)應用。

中國專利申請?zhí)?01010143590.5(CN102211937A)公開了一種鋁硅碳超細粉體的制備方法。該方法包括下述步驟：1)稱量下述質量百分比的原料：高嶺石20～30％，Al₂O₃原料40～50％和炭原料20～30％，將所述原料攪拌混合，得混合料；2)將所述混合料在真空或氬氣氣氛中，于1600-1700℃加熱并保溫8-10小時，冷卻后，除去產(chǎn)物表面的雜質層，即得到鋁硅碳超細粉體。該方法也需要在惰性氣體或真空的氣氛中經(jīng)高溫加熱合成，所以仍然沒解決制造工藝復雜、制造的材料成本高的技術問題。

發(fā)明內容

為了克服現(xiàn)有合成Al₄SiC₄材料技術成本高、工藝復雜的缺陷，本發(fā)明提供一種Al₄SiC₄材料的制備方法。該方法以Al粉、SiC粉和碳粉為原料，在埋碳氣氛下，利用普通電爐，采用液態(tài)熔鋁燒結法制備Al₄SiC₄材料，具有成本低、工藝簡單的特點，利于工業(yè)生產(chǎn)和應用。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明Al₄SiC₄材料的合成方法，是將工業(yè)純的Al粉、SiC粉和碳粉按照重量百分比(55～65)％∶(20～25)％∶(15～25)％的比例混合，經(jīng)壓制成型、干燥后，在埋碳氣氛下采用液態(tài)熔鋁燒結法進行燒制、保溫和冷卻，即得到Al₄SiC₄材料。

所述Al粉、碳化硅粉及碳粉的粒度優(yōu)選小于0.088mm，所述的碳粉優(yōu)選為為石墨或炭黑。

本發(fā)明更詳細的合成工藝為：按重量百分含量將工業(yè)用的45～65％的Al粉、20～35％的SiC粉、15～30％碳粉在行星球磨中加無水乙醇混合均勻后，80～120℃下烘干，將烘干的混合料在200～300MPa壓力下成型，然后將試樣埋在裝有金屬鋁粉且不帶蓋的石墨坩堝中，金屬鋁粉的量應裝滿石墨坩堝且保證能將試樣完全埋住，再將石墨坩堝埋在裝有焦炭粉的剛玉匣缽中，焦炭粉應將剛玉匣缽裝滿并將石墨坩堝完全埋住，并用剛玉蓋板將匣缽蓋住，再將剛玉匣缽放入電爐內，于1500～1700℃加熱并保溫2～7小時，冷卻后，從石墨坩堝中取出試樣并除去表面的雜質層，即得到Al₄SiC₄材料。

為了便于成型，在烘干的混合料中加入占烘干后混合料重量0-5％的結合劑。比如0-5％的酚醛樹脂。

本發(fā)明的化學反應式為4Al(l)+3C(S)+SiC(S)→Al₄SiC₄

本發(fā)明的優(yōu)點是：