[發(fā)明專利]晶須增韌強(qiáng)化碳陶瓷復(fù)合材料

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410562273.5
• 申請日: 2014-10-21
• 公開（公告）號: CN105585324A
• 公開（公告）日: 2016-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 不公告發(fā)明人
• 申請（專利權(quán)）人: 莊小侃
• 主分類號: C04B35/81
• 分類號: C04B35/81;C04B35/565;C04B35/52;C04B35/622
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本發(fā)明涉及新型碳陶瓷材料的研制，屬于陶瓷材料領(lǐng)域。

碳陶瓷是高技術(shù)陶瓷材料的，在80年代，日本和西德等國家均 開展了碳陶瓷材料的研制。如歐洲專利EP0145498報導(dǎo)了以碳化硅、 石墨和碳為主要原料，加入一定量的碳化硼、氧化鋁或氧化鈹添加劑 及聚乙烯醇粘結(jié)劑，混合、等靜壓成型后在1900～2300℃下燒結(jié)制成 了碳陶瓷材料。由于材料配方和工藝的原因，這種碳陶瓷材料強(qiáng)度和 韌性等性能低，滿足不了工程可靠性的需要，影響了碳陶瓷材料的應(yīng) 用，因此，研制高強(qiáng)度，韌性大、耐磨、抗熱震、抗氧化性及電阻率 高的碳陶瓷材料顯得非常重要。

本發(fā)明的目的是在碳和碳化硅混合基體中，加入碳化硅晶須，并 采用合理的材料配方和工藝，制備出高強(qiáng)度、耐磨、耐高溫、抗熱震、 韌性高及抗氧化、導(dǎo)電性好的碳陶瓷材料，這種材料適用于制作各種 強(qiáng)度高、耐磨、耐高溫、抗熱震、抗氧化性及導(dǎo)電好的結(jié)構(gòu)部件。

本發(fā)明的內(nèi)容：在碳和碳化硅粉末中，加入一定量的碳化硅晶須， 以提高材料的強(qiáng)度和韌性；加入一定量飛碳化硼、碳化鉏或碳化鈦或 氮化鈦添加劑，以提高材料的耐磨和抗氧化性及導(dǎo)電性，采用分步混 合、熱壓燒結(jié)工藝制程致密的具有高強(qiáng)度、高韌性、耐磨、耐高溫、 抗熱震、抗氧化性及導(dǎo)電性能好的碳陶瓷材料，這種材料便于機(jī)加工 和電加工，可制作高強(qiáng)度、韌性大、耐磨、耐高溫、抗氧化、抗熱震， 導(dǎo)電性能好的導(dǎo)電引弧噴嘴和焊絲噴嘴等結(jié)構(gòu)部件。

本發(fā)明的要點如下：

1.材料配比

在含碳量為重量百分比10～50％的碳和10～50％的碳化硅粉末混 合基體中，加入重量百分比為10～50％的碳化硅晶須，碳化硅晶須的 直徑為0.1～1微米，長度小于5微米，短晶須分布于基體晶粒內(nèi)起彌 散強(qiáng)化作用；而長晶須分布于基體晶粒的晶界起增韌作用，從而提高 了材料的輕度和韌性。加入重量百分比為5～20％碳化硼及重量百分比 為3～10％碳化鉭或碳化鈦或氮化鈦添加劑以提高材料的致密性和耐 磨劑導(dǎo)電性；由于加入添加劑后在高溫下發(fā)生了如下化學(xué)反應(yīng)： 2SiC+3O₂→2SiO₂+2CO和2B₄C+7O₂→4B₂O₃+2CO，因B₂O₃+SiO₂形 成的復(fù)合薄膜分布于樣品表面防止材料進(jìn)一步氧化，使材料具有高的 抗氧化性能及抗熱震性能。配方中配比的變化范圍見表1

表1原材料配方中配比的變化范圍

2.晶須的處理：碳化硅晶須放到乙醇或其他極性溶劑中，用超聲波 振蕩，使晶須表面光潔并除去晶須中的微粉，這樣增加了晶須與基體 的相容性和結(jié)合能力。

3.工藝：為了使材料致密化，本發(fā)明采用分步混合球磨，預(yù)壓成 型在氬氣下熱壓燒結(jié)的工藝，即首先將碳、碳化硼、碳化硅、碳化鉭 或碳化鈦或氮化鈦與乙醇或其他極性溶劑混合球磨10～20小時，再加 入已處理過的碳化硅晶須進(jìn)行第二步混合球磨，烘干后，在石墨模中 進(jìn)行冷壓成型，然后在氬氣下熱壓燒結(jié)，熱壓溫度為1950℃～2125℃， 壓力150～300千克/平方厘米(15～30MPa)，燒結(jié)時間0.5～1.5小時。

4.本發(fā)明具有高強(qiáng)度、高韌性、耐磨、耐高溫、抗熱震、抗氧化性 及導(dǎo)電性能好的特點，便于機(jī)加工和電加工，可加工成導(dǎo)電引弧噴嘴 和焊絲噴嘴及其他耐磨導(dǎo)電的結(jié)構(gòu)部件。

本發(fā)明的優(yōu)點在于強(qiáng)度高、韌性大、耐磨、耐高溫及抗熱震、抗 氧性及導(dǎo)電性能好，便于機(jī)加工及電加工。

材料的性能測試結(jié)果見表2.

表2材料性能測試結(jié)果

本發(fā)明的抗彎強(qiáng)度和韌性均為高強(qiáng)石墨的4～6倍。

表3給出了本發(fā)明與國外同類材料性能的比較

表3本發(fā)明與國外同類材料性能的比較

注：國外是指歐洲專利EP0145496報導(dǎo)的數(shù)據(jù)。

實施例：

例1把15克的碳化硅晶須放在乙醇中，用超聲波振蕩1小時， 烘干后備用。