[發明專利]一種增韌碳化硅陶瓷及其制備方法

有效

• 申請號: 202110167485.3
• 申請日: 2021-02-05
• 公開（公告）號: CN112979319B
• 公開（公告）日: 2022-11-01
• 發明（設計）人: 施匯;周軒豪;張敏飛
• 申請（專利權）人: 奉化市飛固凱恒密封工程有限公司
• 主分類號: C04B35/565
• 分類號: C04B35/565;C04B35/622;C04B35/63
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本申請涉及陶瓷制備的技術領域，更具體地說，它涉及一種增韌碳化硅陶瓷及其制備方法。增韌碳化硅陶瓷由包含以下重量份的原料制成：SiC粉60?80份、Si粉3?6份、碳納米管3?6份、改性酚醛樹脂6?8份以及增韌粉末6?9份，所述SiC粉的中位粒徑介于0.1?5.0μm；所述Si粉的中位粒徑介于0.1?5.0μm；其制備方法為：（1）原始混合粉料制備；（2）原始混合漿料制備；（3）干燥造粒得到原始造粒粉；（4）沖壓成型得到增韌碳化硅陶瓷粗胚；（5）烘干得到增韌碳化硅陶瓷毛坯；（6）燒結并冷卻得到增韌碳化硅陶瓷。本申請的增韌碳化硅陶瓷具有較為優良的力學性能；另外，本申請的制備方法具有提高碳化硅陶瓷的力學性能的效果。

技術領域

本申請涉及陶瓷制備的技術領域，更具體地說，它涉及一種增韌碳化硅陶瓷及其制備方法。

背景技術

碳化硅陶瓷作為一種高溫結構陶瓷，其具有耐磨、耐熱、耐腐蝕以及導熱率高等優良特性。因此，碳化硅陶瓷已經被廣泛地應用于機械、電子、石油化工、冶金等工業領域以及國防工業，并被國際上確認為自金屬、氧化鋁、硬質合金以來的第四種基本材料。

碳化硅陶瓷主要由碳化硅制成，目前，已經報道了很多種制備碳化硅的方法，其中，碳熱還原法相比于其它方法而言，原料成本低廉，反應要求簡單，工業化開發時優勢更為突出，但不可避免的是，傳統碳熱還原法制備所得的碳化硅粒徑相對較大，且粒徑分布不均勻。

針對上述中的相關技術，發明人認為由上述碳化硅粒徑較大，使得在使用上述碳化硅制備碳化硅陶瓷時，存在碳化硅陶瓷力學性能較差的缺陷。

發明內容

為了提高碳化硅陶瓷的力學性能，本申請提供一種增韌碳化硅陶瓷及其制備方法。

第一方面，本申請提供一種增韌碳化硅陶瓷，采用如下的技術方案：

一種增韌碳化硅陶瓷，由包含以下重量份的原料制成：SiC粉60-80份、Si粉3-6份、碳納米管3-6份、改性酚醛樹脂6-8份以及增韌粉末6-9份，所述SiC粉的中位粒徑介于0.1-5.0μm；所述Si粉的中位粒徑介于0.1-5.0μm。

通過采用上述技術方案，由于采用粒徑較小的SiC粉、Si粉、碳納米管以及增韌粉末作為原料進行增韌碳化硅陶瓷制備，間接提高碳化硅陶瓷的斷裂韌性，因此，獲得了增大增韌碳化硅陶瓷的力學性能的效果。

碳納米管作為短纖維增韌材料對SiC粉進行增韌，其機理在于，由于碳納米管力學性能優異，使得在拔出和斷裂時，都要消耗更多的能量，有利于阻止陶瓷裂紋的擴展。

此外，碳納米管對陶瓷晶粒的橋聯、釘扎等作用，能達到傳遞和均攤載荷的目的，使陶瓷裂紋擴展方式由沿晶斷裂轉化為穿晶斷裂，進而顯著提高碳化硅陶瓷的斷裂韌性。

再加上，碳納米管還能與增韌碳化硅陶瓷形成獨特網絡結構，使裂紋沿晶界發生偏轉，同樣有助于提高碳化硅陶瓷的斷裂斷裂韌性。

另外，在燒結過程中，碳納米管與Si粉發生反應，進而生成β相的SiC，β相的SiC與SiC粉相互連接，促使β相的SiC附著于SiC粉的表面，進而提高碳化硅陶瓷的斷裂韌性。

另外，在燒結過程中，β相的SiC產生晶須，間接提高碳化硅陶瓷的強度，提高碳化硅陶瓷的斷裂韌性，進而降低增韌碳化硅陶瓷的脆性。

在加上，由于采用改性酚醛樹脂作為粘結劑進行增韌碳化硅陶瓷制備，進而促使改性酚醛樹脂與其他原料進行均勻分散，間接提高碳化硅陶瓷的斷裂韌性。

優選的，所述增韌粉末為ZrO₂粉、TiC粉以及CeO₂粉中的一種或者幾種的組合物。

通過采用上述技術方案，由于采用ZrO₂粉作為第二相顆粒添加劑，使得增韌碳化硅陶瓷在降溫過程或者使用過程中，ZrO₂粉在外力誘導下將發生由四方相向單斜相的轉變。