[發明專利]一種高性能碳化硅改性粉體的制備方法

有效

• 申請號: 201810093413.7
• 申請日: 2018-01-31
• 公開（公告）號: CN108264360B
• 公開（公告）日: 2020-05-29
• 發明（設計）人: 劉家祥;劉友星;楊天宇;李敏;崔懷江
• 申請（專利權）人: 北京化工大學;山東青州微粉有限公司
• 主分類號: C04B35/628
• 分類號: C04B35/628
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

本發明是一種高性能碳化硅改性粉體的制備方法，用于注漿成型。本發明利用含羥基的羧酸有機物、四甲基氫氧化銨、聚醚硅氧烷通過兩步法對碳化硅粉體進行改性。首先改性劑含羥基的羧酸有機物和四甲基氫氧化銨與碳化硅粉體充分混合后進行球磨改性，離心、干燥后得到第一次改性粉體。將第一次改性粉體配制成固相含量為40?60Vol％的漿料，然后滴加聚醚硅氧烷進行第二步改性，離心、干燥后得到最終的碳化硅改性粉體。本發明工藝設備簡單，生產成本較低和生產周期短。制備出的碳化硅改性粉體能夠配制成穩定性好、固相含量高和粘度低的漿料。同時，可根據實際注漿成型的需要制備pH在4—10之間的改性碳化硅粉體。

技術領域

本發明是一種高性能碳化硅改性粉體的制備方法。用本方法制得的改性碳化硅粉體主要用于注漿成型。

背景技術

碳化硅陶瓷材料具有優良的理化性質，例如具有硬度高、熱膨脹系數小、熱導率高以及半導體性能良好等特點。因此，碳化硅陶瓷廣泛用于制作耐高溫材料、耐磨材料和半導體等領域。

注漿成型是制備碳化硅器件常用的成型方法之一。雖然我國能生產出碳化硅粉體。但是，用于注漿成型的改性碳化硅粉體則主要從國外進口。注漿成型的關鍵是制備高固相、低粘度的碳化硅漿料。

由于碳化硅粉體粒徑小、表面能高，在制備碳化硅漿料的時候很容易發生團聚現象，碳化硅原粉不能制備出合格的漿料。因此，必須對碳化硅粉體進行改性處理才能制備出高固相、低粘度的碳化硅漿料。目前，法國圣戈班生產的改性碳化硅粉體能夠達到注漿成型的要求。該粉體制備的漿料最大固相含量能達到60Vol％。

由于國外技術壟斷和技術保密，國外對碳化硅粉體改性技術的報道很少。國內制備的改性碳化硅粉體的性能有待進一步提高，相關報道主要有：

申請號為201610123471.0的發明專利“一種超微碳化硅粉體高性能漿料的制備方法”。該發明主要利用改性劑聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯亞胺和聚乙二醇對碳化硅改性。制得的碳化硅漿料固相含量在51Vol％-55Vol％之間。粘度在0.01Pa·s-0.5Pa·s。該發明主要通過有機高分子對碳化硅粉體進行改性。

申請號為201410747253.5的發明專利“一種改性碳化硅陶瓷漿料的生產工藝”。該發明利用改性劑硅烷偶聯劑、四甲基氫氧化銨和穩定劑羧甲基纖維素鈉經過除雜、分離、改性和制漿工藝對碳化硅粉體進行改性。該發明對改性后碳化硅漿料的粘度和固相含量只是進行定性介紹，并沒有對改性后碳化硅漿料的粘度和固相含量進行定量說明。因此，不能判斷改性后碳化硅漿料的具體效果。

申請號為201010135677.8的發明專利“一種高固含量碳化硅漿料的制備”。該發明通過強酸和強堿對碳化硅粉體進行預處理后，利用改性劑丙三醇、三乙醇胺作為助磨劑，利用聚乙二醇、鋁鋯偶聯劑和硅烷偶聯劑作為改性劑，在無水乙醇、丙酮、甲苯、苯等有機溶劑中對碳化硅粉體進行改性。該發明預處理后的碳化硅純度在94％-96％之間。碳化硅純度過低會直接影響到后續陶瓷材料的密度和強度。雖然該發明制備的改性粉體可以制備固相含量大于60Vol％的碳化硅漿料，但并未進一步說明漿料粘度的具體數值。

其他國內外學者對碳化硅粉體改性的報道主要有：蘇小紅等人利用硅烷偶聯劑、水楊酸和聚丙烯酰胺對碳化硅粉體進行改性研究。在pH大于12的條件下能夠制備出粘度為0.1Pa·s且固相含量為53Vol％的碳化硅漿料。趙海燕利用酒石酸對碳化硅粉體進行包覆改性，當酒石酸添加量在0.05％時可以得到粘度為5.0Pa·s左右的漿料，但沒有說明制備的改性粉體固相含量是多少。吉曉莉利用氨基硅烷偶聯劑對碳化硅粉體進行改性，改性后的碳化硅粉體可以制備出固相含量為57Vol％漿料。易中周等人選用適量的四甲基氫氧化銨對碳化硅粉體進行分散，當pH為11.9時可以制備出固相含量為70Vol％的碳化硅漿料，該方法是將四甲基氫氧化銨直接加入到碳化硅漿料中，通過調節pH增大zeta電位達到漿料分散的目的。綜上所述，目前碳化硅粉體進行改性后的pH大部分處于強堿環境中，生產時要求設備能耐強堿環境，對設備的要求高。

發明內容