[發明專利]一種泡沫碳化硅陶瓷及其制備方法

有效

• 申請號: 201711218831.6
• 申請日: 2017-11-28
• 公開（公告）號: CN107935628B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 張躍;宋國強
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: C04B38/10
• 分類號: C04B38/10;C04B35/565;C04B35/624;C04B35/64
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王文君;陳征

本發明涉及摩擦材料制備技術，具體涉及一種泡沫碳化硅陶瓷及其制備方法。本發明所述的泡沫碳化硅陶瓷的制備方法，以碳化硅為原料，經發泡?注凝?燒結工藝制備，即得；所述燒結以氧化鋁、氧化釔和非晶SiBCN作為燒結助劑。本發明所提供的制備方法，能夠在較低溫度下制備出平均孔徑約1mm，強度較高的泡沫碳化硅陶瓷材料。

技術領域

本發明涉及摩擦材料制備技術，具體涉及一種泡沫碳化硅陶瓷及其制備方法和應用。

背景技術

泡沫碳化硅陶瓷具有硬度高，強度高，耐磨耐腐蝕，密度小等一系列優良的特性而廣泛應用于金屬陶瓷復合材料中的增強體材料，能顯著提高復合材料的熱學，力學等性能及摩擦性能。發泡-注凝法制備泡沫陶瓷是一種將發泡工藝與原位凝固工藝結合起來制備泡沫陶瓷的新工藝，可以制備出孔徑均勻且較大的泡沫陶瓷。

然而碳化硅是共鍵價化合物，SiC晶體內部缺陷的形成和移動都需要很高的能量，原子的自擴散系數極低(C原子：10^-11cm²/s，Si原子：10^-13cm²/s)，這就帶來了SiC陶瓷燒結當中很微弱的體擴散和晶界擴散。純凈的SiC粉體只能在2500℃高溫、50MPa下才能燒結致密，而多孔陶瓷具有較高的孔隙率，一般采用無壓燒結,燒結難致密，強度不高，也限制了其應用，為了制備具有較高強度的多孔碳化硅陶瓷,特殊的燒結助劑是必要的。不同的燒結助劑對SiC陶瓷的性能帶來不同的影響，進而影響其服役領域。添加氧化物燒結助劑的SiC陶瓷在常溫下具有優異的力學性能，但由于其在晶界處存在低熔點的氧化物，限制了其在高溫下的應用。而添加非氧化物材料的SiC陶瓷往往燒結溫度相對較高，會導致SiC晶粒過分長大，亦會對力學等性能帶來不利影響。故長期以來，材料研究者在不懈尋求既能在較低溫度下得到致密的SiC陶瓷，又能引入對SiC陶瓷性能有利的第二相的燒結助劑。

以上結果表明：以傳統的氧化物和非氧化物作為燒結助劑，所制備泡沫碳化硅普遍存在燒結溫度較高和力學性能差的問題。

發明內容

本發明的第一個目的，是提供一種泡沫碳化硅陶瓷的制備方法，所述制備方法是以碳化硅為原料，經發泡-注凝-燒結工藝制備即得；所述燒結以氧化鋁、氧化釔和非晶SiBCN作為燒結助劑。

具體地，所述制備方法的步驟包括：

1)制備漿料：將有機單體，交聯劑加入去離子水中至溶解，得到預混液，再將粘結劑和分散劑分別加入所得預混液，得液相體系，將碳化硅和所述燒結助劑與所述液相體系混合，所述固相體積分數為35-42％，得漿料；

2)發泡：取步驟1)所得漿料，持續攪拌，加入發泡劑，然后迅速加入引發劑和催化劑，發泡至均勻；

3)注凝：將步驟2)所得漿料凝膠固化，低溫保濕干燥即得泡沫碳化硅坯體；

4)燒結：將所得泡沫碳化硅坯體經燒結即得。

本發明所述的制備方法，優選地，所述非晶SiBCN以如下方法制備得到：

取聚硼硅氮烷在真空條件下，通入氮氣，在氮氣氣氛下以10℃/min的升溫速率從室溫升至150-170℃并保溫2-3h，然后將氮氣換成氬氣，在氬氣氣氛下以5℃/min升溫至1000-1100℃保溫2-3h，降溫，即得；

更優選將所得非晶SiBCN研磨過200目篩。

上述制備方法可以得到聚硼硅氮烷裂解較完全，雜質較少的非晶SiBCN，應用于本發明中的改善是直接將聚硼硅氮烷裂解后的產物非晶SiBCN與其他原料混合，而不是將聚硼硅氮烷與原料混合后再裂解，操作方便，工藝更簡單，且更有利于其發揮燒結助劑的作用。