[發明專利]一種液相燒結凝膠注模成型SiC陶瓷閥件材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202110325540.7
• 申請日: 2021-03-26
• 公開（公告）號: CN112830803A
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 李其松;穆云超;黃權;張茜;賈少培;王志新;成曉哲;關曉艷
• 申請（專利權）人: 中原工學院
• 主分類號: C04B35/80
• 分類號: C04B35/80;C04B35/573;C04B35/565;C04B35/622;C04B35/624
• 代理公司: 濮陽華凱知識產權代理事務所(普通合伙) 41136
• 代理人: 王傳明

本發明公開了一種液相燒結凝膠注模成型SiC陶瓷閥件材料及其制備方法。該材料是將原料按比例配置漿料，經凝膠注模成型制備，常壓液相燒結制備的，在400?800℃的低溫階段保溫，將凝膠注模生坯中的有機物在氬氣中裂解生成碳，然后在1400?1600℃保溫，使裂解碳與添加的硅粉原位反應生成碳化硅，促進含晶須或纖維增韌的SiC陶瓷復合材料致密化，繼續升溫，在1750?1900℃之間保溫，使Al₂O₃和Y₂O₃反應形成YAG液相，促進致密化，發揮YAG與晶須或纖維的協同增韌作用。本發明能夠解決凝膠注模方法中有機物裂解產生較高含量的碳不利于Al₂O₃和Y₂O₃液相致密化、反應燒結游離硅含量高、含晶須或纖維增韌的SiC陶瓷復合材料難以致密化、以及加壓燒結晶須或纖維取向分布導致的SiC陶瓷各向異性的問題。

技術領域

本發明涉及陶瓷材料制備技術領域，具體為一種液相燒結凝膠注模成型SiC陶瓷閥件材料及其制備方法。

背景技術

隨著現代科技的進步，對閥件材料的要求越來越高，比如耐腐蝕、耐高溫、耐氧化、耐磨損等，傳統的金屬、高分子材料已經不能完全滿足其應用要求。陶瓷材料以其優異的耐高溫、耐腐蝕、耐氧化、耐磨損等性能，成為制備高性能閥件的理想材料。在諸多陶瓷材料中，碳化硅(SiC)、氮化硅(Si₃N₄)、氧化鋯(ZrO₂)、氧化鋁(Al₂O₃)等已經用于制備陶瓷閥件，并展示了優異的性能。

SiC陶瓷具有耐高溫、耐腐蝕、耐磨損、抗熱震性好、化學穩定性好等優點，在高性能閥件的制備中得到了廣泛的應用，也得到了市場的認可。但是SiC陶瓷韌性差，容易破碎，限制了其應用。在SiC陶瓷基體中加入晶須、纖維等是常用的增強增韌方法，如SiC晶須、碳纖維等。但是，當SiC陶瓷基體中晶須或纖維的含量較高時，不利于復合材料的致密化，導致材料性能下降，一般需要借助于熱壓燒結、氣壓燒結、放電等離子燒結等工藝才能獲得較高致密度，但是此類工藝比較復雜，且不適用于制備形狀比較復雜的閥件。而且熱壓燒結和放電等離子燒結工藝還會使晶須或纖維垂直于壓力方向取向排列，導致材料性能的各向異性。

凝膠注模工藝可用于制備復雜形狀的產品，而且具有生坯密度高、均勻性好、可近凈成形等優點。但是凝膠注模工藝需要使用較高含量的有機物，如丙烯酰胺(理論含碳50.7％)，以添加18％的丙烯酰胺單體進行凝膠注模成型為例，不計算其他有機物，坯體的理論含碳量約為9％，如此高的含碳量不利于SiC陶瓷的致密化。在生產中，常采用低溫排膠(空氣氣氛中)解決碳含量高不利于致密化的難題，如中國專利CN201310578016.6。但是，當生坯厚度比較大時，坯體內部的有機物很難通過低溫保溫徹底排除，而且空氣中加熱，還有可能導致SiC微粉的氧化，影響SiC陶瓷的致密化。