[發明專利]一種抗彎曲陶瓷基復合材料及其粉末冶金制備方法

在審

• 申請號: 201610111064.8
• 申請日: 2016-02-29
• 公開（公告）號: CN105777132A
• 公開（公告）日: 2016-07-20
• 發明（設計）人: 劉莉;王爽;邱晶;劉曉東;黃明明
• 申請（專利權）人: 蘇州萊特復合材料有限公司
• 主分類號: C04B35/565
• 分類號: C04B35/565;C04B35/584;C04B35/622
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 李紀昌

技術領域

本發明涉及復合材料領域，尤其涉及一種抗彎曲陶瓷基復合材料及其粉末冶金制備方法。

背景技術

陶瓷基復合材料是以陶瓷為基體與各種纖維復合的一類復合材料。陶瓷基體可為氮化硅、 碳化硅等高溫結構陶瓷。這些先進陶瓷具有耐高溫、高強度和剛度、相對重量較輕、抗腐蝕 等優異性能，而其致命的弱點是具有脆性，處于應力狀態時，會產生裂紋，甚至斷裂導致材 料失效。而采用高強度、高彈性的纖維與基體復合，則是提高陶瓷韌性和可靠性的一個有效 的方法。纖維能阻止裂紋的擴展，從而得到有優良韌性的纖維增強陶瓷基復合材料。陶瓷基 復合材料具有優異的耐高溫性能，主要用作高溫及耐磨制品。其最高使用溫度主要取決于基 體特征。陶瓷基復合材料已實用化或即將實用化的領域有刀具、滑動構件、發動機制件、能 源構件等。法國已將長纖維增強碳化硅復合材料應用于制造高速列車的制動件，顯示出優異 的摩擦磨損特性，取得滿意的使用效果。

陶瓷的力學性能包括彎曲強度、彈性模量、斷裂韌性、硬度等，眾所周知，陶瓷最本質 的力學性能便是其固有的脆性，這是由于陶瓷材料中的共價鍵結合強度較高，位錯運動很難 發生。彎曲強度是陶瓷材料基本的力學性能參數之一，微觀上是由原子間結合力決定的，在 陶瓷基復合材料中，彎曲強度隨各組分的含量不同而變化。力學性能表征對于了解結構材料 的基礎性能尤為重要。

現有技術中，材料在外部荷載環境中響應和破壞較為嚴重，陶瓷材料抗彎曲性能較差， 因而降低了其服役性能。

發明內容

本發明解決的技術問題：為了獲得一種抗彎曲能力強，服役期限長的陶瓷材料，本發明 提供了一種抗彎曲陶瓷基復合材料及其粉末冶金制備方法。

技術方案：一種抗彎曲陶瓷基復合材料，由以下組分按重量份數配比組成：碳化硅13～36 份、氮化硅15～30份、二氧化硅12～34份、石墨4～13份、氧化鋯8～17份、硫酸銨8～16份、 無水乙醇13～26份、去離子水30～45份。

優選的，所述抗彎曲陶瓷基復合材料由以下組分按重量份數配比組成：碳化硅28份、氮 化硅22份、二氧化硅26份、石墨9份、氧化鋯13份、硫酸銨12份、無水乙醇22份、去離 子水37份。

一種抗彎曲陶瓷基復合材料的粉末冶金制備方法，包含以下步驟：

(1)將硫酸銨溶于去離子水中，制備獲得硫酸銨溶液；

(2)將碳化硅、氮化硅、二氧化硅、石墨和氧化鋯同時加入球磨機中，研磨1～3小時， 粉末粒徑為200～450目，獲得粉末混合物；

(3)將步驟(2)獲得的粉末混合物加入步驟(1)的硫酸銨溶液中，在12～25℃條件 下，攪拌反應20～45分鐘，過濾去除濾液，獲得濾渣；

(4)用去離子水清洗步驟(3)獲得的濾渣，濾渣與去離子水的質量比為1:1～1.6，清 洗兩次；

(5)向經步驟(4)清洗后的濾渣中加入無水乙醇，攪拌反應12～25分鐘，吸水兩次； 過濾去除無水乙醇后，將濾渣置于48～65℃條件下烘干；

(6)將烘干后的濾渣置于混料裝置內，利用壓力為2.2～4.5MPa的高壓氣體將上述粉末 吹起，5～12分鐘后停止通入高壓氣體，各粉末共同沉積并均勻混合；

(7)將上述均勻混合后的粉末置于電爐中，在氖氣的保護氛圍中采用3階段升溫的方式 進行燒結，3階段的溫度分別為1320℃、1460℃、1630℃，每階段燒結時間為2～4.5小時， 燒結完成后等靜壓成型，即可獲得抗彎曲陶瓷基復合材料。

優選的，步驟(2)中將碳化硅、氮化硅、二氧化硅、石墨和氧化鋯同時加入球磨機中， 研磨1.6小時，粉末粒徑為380目，獲得粉末混合物。

優選的，步驟(3)中將步驟(2)獲得的粉末混合物加入步驟(1)的硫酸銨溶液中，在 18℃條件下，攪拌反應38分鐘，過濾去除濾液，獲得濾渣。

優選的，步驟(4)中用去離子水清洗步驟(3)獲得的濾渣，濾渣與去離子水的質量比 為1:1.4，清洗兩次。

優選的，步驟(5)中向經步驟(4)清洗后的濾渣中加入無水乙醇，攪拌反應20分鐘， 吸水兩次；過濾去除無水乙醇后，將濾渣置于58℃條件下烘干。

優選的，步驟(6)中將烘干后的濾渣置于混料裝置內，利用壓力為3.8MPa的高壓氣體 將上述粉末吹起，9分鐘后停止通入高壓氣體，各粉末共同沉積并均勻混合。