[發明專利]一種碳/碳化硅陶瓷復合材料的制備方法

在審

• 申請號: 201610133019.2
• 申請日: 2016-03-09
• 公開（公告）號: CN105693251A
• 公開（公告）日: 2016-06-22
• 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;C04B35/56;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

本發明屬于陶瓷材料技術領域，具體涉及一種碳/碳化硅陶瓷復合材料的制備方法。

背景技術

陶瓷基復合材料(CeramicMatrixComposite，簡記為CMC)是以陶瓷材料為基體，以 陶瓷纖維、晶須、晶片或顆粒為補強體，通過適當的復合工藝制備且性能可設計的一類新 型材料，又稱為多相復合陶瓷(MultiphaseCompositeCeramic)或復相陶瓷，包括纖維(或 晶須)增韌(或增強)陶瓷基復合材料、異相顆粒彌散強化復相陶瓷、原位生長陶瓷復合 材料、梯度功能復合陶瓷及納米陶瓷復合材料。

陶瓷基復合材料在有機材料基和金屬材料基復合材料不能滿足性能要求的工況下可以 得到廣泛應用，成為理想的高溫結構材料，主要用作機械加工材料、耐磨材料、高溫發動 機燃燒室及連接桿、航天器保護材料、高溫熱交換器材料、高溫耐腐蝕材料、輕型裝甲材 料、分離或過濾器材料、承載/透波/隔熱材料等。

陶瓷因其高強、高硬度、低密度、高的化學穩定性諸特性正受到極大的關注，同時， 工程應用較為廣泛，應用領域包括轉軸，噴嘴、閥門等。在陶瓷材料中，SiC是一種被公認 的最具有應用潛力的非氧化物陶瓷材料，它具有高強度，高耐磨性和抗氧化性。然而，該 陶瓷材料機械加工性能不佳。C/SiC復合陶瓷基大多采用碳纖維(C_f)增強碳化硅基的復合制 備方法，工藝復雜，成本較高，且通常應用在國防、軍事、航空航天等領域，在民用領域 中還未被人們普遍認識，僅在機械密封方面有應用，其它民用領域研究報道較少。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足而提供一種碳/碳化硅陶瓷復合材料的制備方法， 所得材料具有良好的力學性能和熱性能。

一種碳/碳化硅陶瓷復合材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，以重量份計，將碳粉20～30份、硅粉8～15份混合，加至無水乙醇20～30份 中，球磨，過濾，得復合粉體；

步驟2，以重量份計，取丙烯酸樹脂2～7份、二甲酚樹脂4～9份、環氧樹脂1～5份、 乙二醇2～8份、過硫酸胺丁氧基乙酯3～7份、二甲基聚硅氧烷1～4份、1,3-丙二硫醇3～ 6份、有機溶劑2～6份、三聚磷酸鈉3～7份，混合，加熱至50～70℃，放冷，得到混合 溶劑；

步驟3，以重量份計，將步驟1所得復合粉體加至步驟2所得混合溶劑中，再加入蔗糖 脂2～7份、聚乙二醇1～6份、聚丙烯酸銨2～6份、四甲基氫氧化銨3～8份，球磨，壓 制成型后燒結，即得。

進一步地，步驟1中碳粉粒度為80～100目，硅粉粒度為80～100目。

進一步地，步驟2中加熱至50～70℃后保溫2～4h。

進一步地，步驟2中有機溶劑是松油、丁基卡必醇或者松油醇中的一種。

進一步地，步驟3中所述燒結是先在真空度為0.002～0.005MPa的條件下升溫至150～ 200℃，燒結200～300min，再升溫至800～900℃，燒結150～240min，然后降溫至180～ 200℃，使用水蒸汽熏蒸20～30min。

進一步地，步驟2中混合過程是在CO₂氣氛中進行。

進一步地，步驟3中還需要加入大豆卵磷脂1～7份。

本發明的陶瓷復合材料在體積密度2.69～3.05g/cm^3，斷裂韌性2.75～3.58MPa·m^1/2， 室溫抗彎強度為397～487MPa，熱導率為109～143W·m^-1·K^-1，熱膨脹系數為2～5×10^-6K^-1。

具體實施方式

實施例1

一種碳/碳化硅陶瓷復合材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，以重量份計，將碳粉20份、硅粉8份混合，加至無水乙醇20份中，球磨，過 濾，得復合粉體；

步驟2，以重量份計，取丙烯酸樹脂2份、二甲酚樹脂4份、環氧樹脂1份、乙二醇2 份、過硫酸胺丁氧基乙酯3份、二甲基聚硅氧烷1份、1,3-丙二硫醇3份、有機溶劑2份、 三聚磷酸鈉3份，混合，加熱至50℃，放冷，得到混合溶劑；