[發(fā)明專利]一種碳/碳化硅雙連續(xù)相復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011076751.3
• 申請(qǐng)日: 2020-10-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112209720B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 廖寄喬;李軍;鄧華峰;龔智;李丙菊;石磊;劉學(xué)文;王躍軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖南金博碳素股份有限公司
• 主分類號(hào): C04B35/565
• 分類號(hào): C04B35/565;C04B35/622;C04B35/64
• 代理公司: 長(zhǎng)沙市融智專利事務(wù)所(普通合伙) 43114
• 代理人: 鐘丹

本發(fā)明涉及一種碳/碳化硅雙連續(xù)相復(fù)合材料及其制備方法。所述復(fù)合材料由重結(jié)晶碳化硅以及熱解碳組成，其中重結(jié)晶碳化硅在復(fù)合材料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80～83％：熱解碳在復(fù)合材料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：17～20％，所述復(fù)合材料的孔隙率≤5％。制備方法為將碳化硅粉與造孔劑、成型劑混合獲得混合料，混合料經(jīng)壓制成型獲得碳化硅生坯，碳化硅生坯經(jīng)干燥、燒結(jié)獲得孔隙率為25％～35％碳化硅坯體，將碳化硅坯體經(jīng)化學(xué)氣相沉積熱解碳，即獲得碳/碳化硅雙連續(xù)相復(fù)合材料。所得碳/碳化硅雙連續(xù)相復(fù)合材料具有良好高溫力學(xué)性能，且抗熱震性好、抗侵蝕性能優(yōu)異。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種碳/碳化硅雙連續(xù)相復(fù)合材料及其制備方法，屬于復(fù)合材料的制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

碳化硅陶瓷其硬度僅次于金剛石，具有熱膨脹系數(shù)小、熱導(dǎo)率高、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐磨性能高、在高溫下仍具有良好力學(xué)性能和抗氧化性能等突出的物理化學(xué)性質(zhì)。

在實(shí)際制備過(guò)程中，碳化硅陶瓷最主要的成形方式為：反應(yīng)燒結(jié)碳化硅(RBSiC)、重結(jié)晶碳化硅(RSiC)，以及先驅(qū)體轉(zhuǎn)化(PIP)；

其中，RBSiC工藝可以制備形狀復(fù)雜的SiC部件，而且燒結(jié)溫度較低，但是RBSiC的純度低，富余大量的硅，因而高溫性能不佳。而RSiC是將精細(xì)的SiC粉體成型后，在高溫下將SiC細(xì)粉蒸發(fā)凝聚在粗顆粒形成燒結(jié)過(guò)程的，它的純度最高，可達(dá)99％以上，因此其延續(xù)了很多純碳化硅的的優(yōu)點(diǎn)，如具有優(yōu)異的高溫強(qiáng)度保持能力，抗氧化性，以及抗熱震等。但是由于其所用原料為SiC粉末+粘接劑，在燒結(jié)過(guò)程中無(wú)體積收縮，燒結(jié)時(shí)，粘接劑是會(huì)分解的，因此具有約為15％左右的空隙率，使其強(qiáng)度降低，高溫壽命減少，同時(shí)具有滲漏的缺陷，亦限制了其在高溫領(lǐng)域的應(yīng)用。

而先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法(PIP)法，是由液體先驅(qū)體轉(zhuǎn)化，主要作為復(fù)合材料，與其他的增強(qiáng)體基體復(fù)合，如現(xiàn)有專利N101033137A與CN101037825A，均是先制備碳纖維預(yù)制體，然后利用化學(xué)氣相浸滲法交替沉積熱解碳和有機(jī)SiC形成多層基體，得到C/C-SiC復(fù)合材料。但是因?yàn)樘祭w維及其預(yù)制體的成本很高，復(fù)合過(guò)程周期很長(zhǎng)，導(dǎo)致此類復(fù)合材料的價(jià)格高昂。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種高純度、成本低廉且具有優(yōu)異的高溫力學(xué)性能，抗熱震性能、抗侵蝕性能的碳/碳化硅雙連續(xù)相復(fù)合材料及其制備方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明一種碳/碳化硅雙連續(xù)相復(fù)合材料：所述復(fù)合材料由重結(jié)晶碳化硅以及熱解碳組成，其中重結(jié)晶碳化硅在復(fù)合材料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80～83％；熱解碳在復(fù)合材料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：17～20％，所述復(fù)合材料的孔隙率≤5％，顯氣孔率≤1％。

在本發(fā)明中，所提供的碳/碳化硅雙連續(xù)相復(fù)合材料中，碳化硅相與碳相均為連續(xù)相，雙相結(jié)合緊密，因此它具有優(yōu)良的高溫機(jī)械力學(xué)性能，使用壽命高。

本發(fā)明一種碳/碳化硅雙連續(xù)相復(fù)合材料的制備方法，將碳化硅粉與造孔劑、成型劑混合獲得混合料，混合料經(jīng)壓制成型獲得碳化硅生坯，碳化硅生坯經(jīng)干燥、燒結(jié)獲得孔隙率為25％～35％，優(yōu)選為26～33％的碳化硅坯體，將碳化硅坯體經(jīng)化學(xué)氣相沉積熱解碳，即獲得孔隙率≤5％的碳/碳化硅雙連續(xù)相復(fù)合材料。

在本發(fā)明中的制備方法中，先采用重結(jié)晶方式制備重結(jié)晶碳化硅坯體，通過(guò)加入造孔劑將碳化硅坯體的孔隙率控制為25％～35％，然后再沉積熱解碳，從而獲得碳/碳化硅雙連續(xù)相復(fù)合材料。在本發(fā)明的制備方法中，將碳化硅坯體的孔隙率控制為25％～35％是至關(guān)重要的，如果孔隙率太小，將無(wú)法使沉積碳形成連續(xù)相，降低材料的力學(xué)性能，而如果孔隙率太大，摻入的碳相過(guò)多，則碳化硅又不易生成連續(xù)相，降低重結(jié)晶碳化硅坯體的強(qiáng)度，增加其生產(chǎn)難度，降低了產(chǎn)品的導(dǎo)熱率及抗熱震性能，減少產(chǎn)品的使用壽命。