[發明專利]一種碳化硅基材的連接材料、制備方法和應用

有效

• 申請號: 202310065945.0
• 申請日: 2023-02-06
• 公開（公告）號: CN115806443B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）人: 柴杰;葉明亮
• 申請（專利權）人: 成都超純應用材料有限責任公司
• 主分類號: C04B37/00
• 分類號: C04B37/00
• 代理公司: 成都蓉創智匯知識產權代理有限公司 51276
• 代理人: 趙雷

本發明涉及陶瓷材料技術領域，具體涉及一種碳化硅基材的連接材料、制備方法和應用，一種碳化硅基材的連接材料，按質量百分含量計，原料包括：40%?50%的碳化硅、10%?20%的聚碳硅烷、20%?30%的氧化鋁和10%?20%的碳化硼。本發明以碳化硅為填料，聚碳硅烷為粘結劑，氧化鋁和碳化硼為反應助劑；通過加熱實現聚碳硅烷轉化為碳化硅晶體，碳化硅晶粒與碳化硅母材在溫度和反應助劑的共同作用下進行反應，連接材料與母材形成一個整體。本發明提供的連接材料與母材熱膨脹系數相近且高溫性能穩定。

技術領域

本發明涉及陶瓷材料技術領域，具體涉及一種碳化硅基材的連接材料、制備方法和應用。

背景技術

碳化硅作為一種重要的結構陶瓷材料，憑借其優異的高溫力學強度、高硬度、高彈性模量、高耐磨性、高導熱、耐腐蝕性等性能，不僅應用于高溫窯具、燃燒噴嘴、熱交換器、密封環、滑動軸承等傳統工業領域，還可作為空間反射鏡、半導體晶圓制備中夾具材料及核燃料包殼材料。但由于碳化硅是以共價鍵結合為主的化合物，其固有的脆性使制備體積大而形狀復雜的零件非常困難，因此通常需要通過陶瓷之間的連接技術來制取這些零部件。近年來，許多國家研究和開發了多種陶瓷連接技術，主要包括：活性金屬釬焊法、熱壓擴散連接、過渡液相連接法、熱壓反應連接法等，但上述方法中連接材料大部分以金屬材料為主，由于金屬與陶瓷的熱膨脹系數相差較大，在界面處易產生較大的殘余熱應力，使連接強度降低；同時又由于金屬的熔點相對較低，限制了連接件在高溫環境中的使用。因此，目前急需研究和開發與母材熱膨脹系數相近且高溫性能穩定的新型陶瓷連接材料。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：研究和開發與母材熱膨脹系數相近且高溫性能穩定的新型陶瓷連接材料，本發明提供了解決上述問題的一種碳化硅基材的連接材料、制備方法和應用。

本發明通過下述技術方案實現：

一種碳化硅基材的連接材料，按質量百分含量計，原料包括：40%-50%的碳化硅、10%-20%的聚碳硅烷、20%-30%的氧化鋁和10%-20%的碳化硼。

本發明通過以碳化硅粉料作為連接材料的主要填料，以聚碳硅烷為粘結劑，氧化鋁和碳化硼為反應助劑，從根本上解決了熱膨脹系數與碳化硅母材不一致的問題。其中，聚碳硅烷設定溫度范圍內開始轉化為碳化硅晶體。而碳化硅晶粒與碳化硅母材在高溫和反應助劑的共同作用下進行一些高溫化學反應和擴散反應，最終，連接材料與母材形成一個整體。碳化硼（B₄C）燒結助劑的添加能夠降低SiC晶界能與表面能的比值，增強擴散的驅動力，而氧化鋁（Al₂O₃）燒結助劑可以以固溶的方式活化晶格，促進致密化進行。碳化硅粉料的平均粒徑優選為1μm~3μm。

進一步可選地，按質量百分含量計，原料包括：

45%-49%的碳化硅、15%-20%的聚碳硅烷、20%-25%的氧化鋁和15%-20%的碳化硼。

進一步可選地，所述聚碳硅烷的數均分子量為1100~2000。本申請可采用現有的商業用聚碳硅烷。

進一步可選地，連接材料為固液混合物；還包括用于溶解聚碳硅烷的溶劑；優選溶劑包括二甲苯。優選本發明提供的連接材料整體固含量范圍在65%~80%。

一種碳化硅基材的連接材料的制備方法，先將聚碳硅烷用有機溶劑溶解；溶解液與其他原料進行混合攪拌，獲得碳化硅基材的連接材料；用于制備上述的一種碳化硅基材的連接材料。

進一步可選地，攪拌處理的轉速為500rpm～800rpm，攪拌時間為1h~3h。

一種碳化硅基材的連接材料的應用，用于碳化硅陶瓷連接；碳化硅基材的連接材料采用上述的一種碳化硅基材的連接材料，或是采用上述的一種碳化硅基材的連接材料的制備方法制備獲得。