[發(fā)明專利]一種抗氧化陶瓷基復(fù)合材料及其粉末冶金制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610111131.6
• 申請日: 2016-02-29
• 公開（公告）號(hào): CN105753493A
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉莉;王爽;邱晶;劉曉東;黃明明
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州萊特復(fù)合材料有限公司
• 主分類號(hào): C04B35/80
• 分類號(hào): C04B35/80;C04B35/565;C04B35/584;C04B35/626;C04B35/64
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 李紀(jì)昌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料，尤其涉及一種抗氧化陶瓷基復(fù)合材料及其粉末冶金制備方法。

背景技術(shù)

陶瓷基復(fù)合材料是以陶瓷為基體與各種纖維復(fù)合的一類復(fù)合材料。陶瓷基體可為氮化硅、碳化硅等高溫結(jié)構(gòu)陶瓷。這些先進(jìn)陶瓷具有耐高溫、高強(qiáng)度和剛度、相對重量較輕、抗腐蝕等優(yōu)異性能，而其致命的弱點(diǎn)是具有脆性，處于應(yīng)力狀態(tài)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生裂紋，甚至斷裂導(dǎo)致材料失效。而采用高強(qiáng)度、高彈性的纖維與基體復(fù)合，則是提高陶瓷韌性和可靠性的一個(gè)有效的方法。纖維能阻止裂紋的擴(kuò)展，從而得到有優(yōu)良韌性的纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料。

陶瓷基復(fù)合材料具有優(yōu)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(fù)合材料已實(shí)用化或即將實(shí)用化的領(lǐng)域有刀具、滑動(dòng)構(gòu)件、發(fā)動(dòng)機(jī)制件、能源構(gòu)件等。法國已將長纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料應(yīng)用于制造高速列車的制動(dòng)件，顯示出優(yōu)異的摩擦磨損特性，取得滿意的使用效果。

陶瓷基復(fù)合材料中的碳纖維在高溫氧化性氣氛下易于氧化，其總體性能隨著氧化失重的增加而急劇降低，從而限制了其在高溫下的應(yīng)用。為了較為準(zhǔn)確地評(píng)估陶瓷基復(fù)合材料在高溫結(jié)構(gòu)部件的潛在應(yīng)用前景，需要綜合分析機(jī)械載荷及環(huán)境腐蝕對其材料性能的影響。經(jīng)驗(yàn)證，陶瓷基復(fù)合材料在550～650℃溫度范圍內(nèi)，其氧化失重嚴(yán)重，造成材料性能喪失。此外，在室溫和高溫水氧環(huán)境下的疲勞極限明顯低于其室溫疲勞極限。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題：為了獲得一種抗氧化性能好，抗疲勞極限高的陶瓷基復(fù)合材料，本發(fā)明提供了一種抗氧化陶瓷基復(fù)合材料及其粉末冶金制備方法。

技術(shù)方案：一種抗氧化陶瓷基復(fù)合材料，由以下組分按重量份數(shù)配比組成：碳化硅13～36份、氮化硅15～30份、二氧化硅12～34份、氧化鑭3～9份、氧化鉻4～11份、碳纖維7～18份、碳酸氫鈉8～12份、無水乙醇13～26份、去離子水30～45份。

優(yōu)選的，所述抗氧化陶瓷基復(fù)合材料由以下組分按重量份數(shù)配比組成：碳化硅30份、氮化硅25份、二氧化硅28份、氧化鑭7份、氧化鉻8份、碳纖維14份、碳酸氫鈉10份、無水乙醇22份、去離子水38份。

一種抗氧化陶瓷基復(fù)合材料的粉末冶金制備方法，包含以下步驟：

(1)將碳酸氫鈉溶于去離子水中，制備獲得碳酸氫鈉溶液；

(2)將碳化硅、氮化硅、二氧化硅、氧化鑭、氧化鉻和碳纖維同時(shí)加入球磨機(jī)中，研磨1～3小時(shí)，粉末粒徑為250～400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)的碳酸氫鈉溶液中，在40～60℃條件下，攪拌反應(yīng)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(zhì)量比為1:1～1.5，清洗三次；

(5)向經(jīng)步驟(4)清洗后的濾渣中加入無水乙醇，攪拌反應(yīng)10～20分鐘，吸水兩次；過濾去除無水乙醇后，將濾渣置于56～78℃條件下烘干；

(6)將烘干后的濾渣置于混料裝置內(nèi)，利用壓力為3.2～4.8MPa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，在氦氣的保護(hù)氛圍中采用3階段升溫的方式進(jìn)行燒結(jié)，3階段的溫度分別為1320℃、1460℃、1630℃，每階段燒結(jié)時(shí)間為1～4.5小時(shí)，燒結(jié)完成后等靜壓成型，即可獲得抗氧化陶瓷基復(fù)合材料。

優(yōu)選的，步驟(2)中將碳化硅、氮化硅、二氧化硅、氧化鑭、氧化鉻和碳纖維同時(shí)加入球磨機(jī)中，研磨2.2小時(shí)，粉末粒徑為300目，獲得粉末混合物。

優(yōu)選的，步驟(3)中將步驟(2)獲得的粉末混合物加入步驟(1)的碳酸氫鈉溶液中，在56℃條件下，攪拌反應(yīng)30分鐘，過濾去除濾液，獲得濾渣。

優(yōu)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(zhì)量比為1:1.3，清洗三次。

優(yōu)選的，步驟(5)中向經(jīng)步驟(4)清洗后的濾渣中加入無水乙醇，攪拌反應(yīng)16分鐘，吸水兩次；過濾去除無水乙醇后，將濾渣置于72℃條件下烘干。

優(yōu)選的，步驟(6)中將烘干后的濾渣置于混料裝置內(nèi)，利用壓力為4.3MPa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。

優(yōu)選的，步驟(7)中將上述均勻混合后的粉末置于電爐中，在氦氣的保護(hù)氛圍中采用3階段升溫的方式進(jìn)行燒結(jié)，3階段的溫度分別為1320℃、1460℃、1630℃，每階段燒結(jié)時(shí)間為3.2小時(shí)，燒結(jié)完成后等靜壓成型，即可獲得抗氧化陶瓷基復(fù)合材料。