[發(fā)明專(zhuān)利]一種高性能納米碳化硅陶瓷及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010837653.0
• 申請(qǐng)日: 2020-08-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112062574B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-02-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周宇章;吳利翔;郭偉明;朱林林;林華泰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C04B35/571
• 分類(lèi)號(hào): C04B35/571;C04B35/622;C04B35/63
• 代理公司: 廣東廣信君達(dá)律師事務(wù)所 44329
• 代理人: 彭玉婷

本發(fā)明屬于非氧化物陶瓷材料領(lǐng)域，公開(kāi)一種高性能納米的碳化硅陶瓷及其制備方法和應(yīng)用。該碳化硅陶瓷是將聚碳硅烷作為前驅(qū)體和燒結(jié)助劑Al₂O₃?CeO₂球磨混合后，在保護(hù)氣氛下，先升溫至200～400℃保溫，再升溫至500～1200℃裂解，得到混合粉體；再將混合粉體進(jìn)行球磨、造粒，裝入石墨模具中，施加壓力1～20MPa，在保護(hù)氣氛下1200～1450℃進(jìn)行燒結(jié)制得。本發(fā)明通過(guò)尺寸效應(yīng)，控制樣品厚度，使其致密度為97％以上，維氏硬度為25～35GPa，抗彎強(qiáng)度為700～1200MPa，斷裂韌性為6～12MPa·m^1/2，在1200℃下高溫強(qiáng)度為800～1300MPa，可廣泛應(yīng)用于核能領(lǐng)域中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于非氧化物陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種高性能納米碳化硅陶瓷及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對(duì)材料提出了更高的要求，陶瓷基的復(fù)合材料表現(xiàn)出的高強(qiáng)度、高熱導(dǎo)、耐腐蝕和抗高溫等優(yōu)點(diǎn)與合金材料相比優(yōu)勢(shì)較大，其中，碳化硅(SiC)材料正是一種典型的陶瓷材料，在高溫環(huán)境下表現(xiàn)出的高硬度、熱穩(wěn)定性與抗化學(xué)腐蝕性使其在高溫零部件、核能薄壁件等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

但由于碳化硅擁有結(jié)合力很強(qiáng)的共價(jià)鍵，導(dǎo)致其熔點(diǎn)很高，燒結(jié)工藝性差，致密度低。碳化硅的常規(guī)熱壓燒結(jié)溫度超過(guò)2000℃，導(dǎo)致晶粒粗大；利用液相燒結(jié)促進(jìn)致密化可降低燒結(jié)溫度，但引入了較多的燒結(jié)助劑，嚴(yán)重影響了成品材料在高溫應(yīng)用時(shí)的性能，制約了碳化硅陶瓷的進(jìn)一步應(yīng)用。。

因此，需要發(fā)明一種碳化硅陶瓷的燒結(jié)工藝，能使碳化硅陶瓷在較低的溫度下實(shí)現(xiàn)較高致密度的燒結(jié)，并且不引入過(guò)多的燒結(jié)助劑。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足和缺點(diǎn)，提供一種高性能納米碳化硅陶瓷的制備方法。該方法利用尺寸效應(yīng)，通過(guò)加壓裂解的高活性納米級(jí)碳化硅坯料，降低了燒結(jié)的溫度和燒結(jié)助劑的含量，選定了較優(yōu)的工藝參數(shù)。

本發(fā)明的另一目的在于提供上述方法制得的高性能納米碳化硅陶瓷。

本發(fā)明的再一目的在于提供上述高性能納米碳化硅陶瓷的應(yīng)用。

本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種高性能納米碳化硅陶瓷的制備方法，包括如下步驟：

S1.將聚碳硅烷作為前驅(qū)體和燒結(jié)助劑Al₂O₃-CeO₂球磨混合后，在保護(hù)氣氛下，先升溫至200～400℃保溫，再升溫至500～1200℃裂解，得到混合粉體；

S2.將混合粉體進(jìn)行球磨、造粒，裝入石墨模具中，施加壓力為1～20MPa，在保護(hù)氣氛下1200～1450℃進(jìn)行燒結(jié)，制得高性能納米的碳化硅陶瓷材料。

優(yōu)選地，步驟S1中所述Al₂O₃與CeO₂的純度均為99～99.9wt.％，所述Al₂O₃與CeO₂粉的粒徑為10～100nm。

優(yōu)選地，步驟S2中所述碳化硅陶瓷中碳化硅的粒徑為30～100nm。

優(yōu)選地，步驟S1中所述球磨為輥式球磨，是以無(wú)水乙醇為溶劑，以氮化硅球?yàn)榍蚰ソ橘|(zhì)，球磨轉(zhuǎn)速為150～500r/min，所述球磨的時(shí)間為8～24h。

優(yōu)選地，步驟S1中所述的聚碳硅烷和燒結(jié)助劑的質(zhì)量比為(95.5～98)：(2～4.5)，所述Al₂O₃和CeO₂的質(zhì)量比為(1～99)：(1～99)。