一种金属结合碳化硅陶瓷及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种金属结合碳化硅陶瓷及其制备方法，属于陶瓷生产技术领域。
【背景技术】
[0002]碳化硅陶瓷是一种高性能的结构材料，具有许多优良特性，如机械强度高、弹性模量大、硬度高、耐磨损性能好、耐高温、抗热震性能好、抗氧化性强、热稳定性能好、热导率大、耐化学腐蚀性能好等。碳化硅陶瓷已被广泛用于机械、电子、冶金、石油化工等领域及国防工业，并被国际上确认为自金属、氧化铝、硬质合金以来的第四种基本材料。虽然碳化硅陶瓷具有许多性能，但其室温强度低、韧性不够、成型比较困难，这也限制了它的应用。随着科学技术的发展，特别是能源、空间技术、汽车工业等的发展，对材料的要求越来越苛刻，迫切需要开发出各种综合性能好的结构材料。因此只有采用各种强化增韧手段制备出碳化硅基复合陶瓷，提高其强度和韧性，才能更好地满足碳化硅陶瓷在空间技术、国防工业等尖端领域应用的要求。本发明采用金属复合碳化硅陶瓷基材料的断裂韧性、抗蠕变性、耐磨性、硬度及高温性能等都有不同程度的提高，满足了各领域对于碳化硅陶瓷的性能要求。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种金属结合碳化硅陶瓷及其制备方法。
[0004]为了实现本发明的目的，本发明通过以下方案实施:
一种金属结合碳化硅陶瓷及其制备方法，由下列重量份的原料制成:碳化硅70-80、不锈钢粉末9-14、钛粉6-9、钇铝石榴石粉4-5、锰粉3-5、氧化镧3_5、硅烷偶联剂KH-7911-2、三硬脂酸甘油酯1-2、酚醛树脂2-3、烧结助剂2-4、硬脂酰胺1-3、去离子水80-100 ;
所述烧结助剂是由下列重量份的原料制成:氧化铝3-5、氧化钇1-2、氯化铵2-3、硝酸依5_7、碳纳米颗粒4_6、粘土粉4_5、二甲基娃油1-2、液体石錯2_4、娃烧偶联剂KH-5501-2、人造金刚石粉末2-4、醋酸乙烯树脂2_3、磷酸三甲酚酯1_2、纯化水3_5 ;制备方法是将氧化铝、氧化钇、硝酸铱、碳纳米颗粒和人造金刚石粉末混合加到混料机中，加入醋酸乙烯树脂和纯化水进行湿法混合，2-3小时后将混合好的浆料加到胶磨机中研磨过100-200目筛，加热干燥除去水分，再加入其余剩余的成分搅拌均匀，将所得的物料输入喷雾造粒塔中制成颗粒即可。
[0005]本发明所述一种金属结合碳化硅陶瓷及其制备方法，由以下具体步骤制成:
(1)将碳化硅、不锈钢粉末、氧化镧、钇铝石榴石粉、三硬脂酸甘油酯和去离子水加到球磨罐中，球料比3:1，球磨3-5小时后加入硅烷偶联剂KH-791搅拌均匀后过200-300目筛，再转移到喷雾造粒机中制成颗粒备用；
(2)将除烧结助剂之外其余剩余的成分混合，以3-5°C/min的速度边搅拌边加热，加热至50-70° C时保温20-30分钟，再将该混合物通过喷涂法喷涂到步骤(I)中的颗粒上，干燥后与烧结助剂混合均匀；
(3)将步骤(2)得到的物料送入模具中采用160-200MPa干压成型得素胚，再将该素胚放入真空高温烧结炉中在氩气的保护下进行烧结，烧结温度为1750-1900° C，保温3-5小时后缓慢降温到1600-1450° C，随炉冷却即得。
[0006]本发明的优点是:本发明制备的金属结合碳化硅复合基陶瓷断裂韧性、抗蠕变性、耐磨性、硬度及高温性能等都有明显的提高，并且操作简单、成本低，适合大规模生产，实用性广，值得推广。
[0007]具体实施方案
下面通过具体实例对本发明进行详细说明。
[0008]一种金属结合碳化硅陶瓷及其制备方法，由下列重量份(公斤)的原料制成:碳化硅78、不锈钢粉末13、钛粉7、钇铝石榴石粉5、锰粉4、氧化镧4、硅烷偶联剂KH-7912、三硬脂酸甘油酯2、酚醛树脂3、烧结助剂3、硬脂酰胺2、去离子水95 ;
所述烧结助剂是由下列重量份(公斤)的原料制成:氧化铝5、氧化钇2、氯化铵2、硝酸铱6、碳纳米颗粒5、粘土粉4、二甲基硅油2、液体石蜡3、硅烷偶联剂KH-5501、人造金刚石粉末3、醋酸乙烯树脂2、磷酸三甲酚酯1、纯化水5 ;制备方法是将氧化铝、氧化钇、硝酸铱、碳纳米颗粒和人造金刚石粉末混合加到混料机中，加入醋酸乙烯树脂和纯化水进行湿法混合，3小时后将混合好的浆料加到胶磨机中研磨过200目筛，加热干燥除去水分，再加入其余剩余的成分搅拌均匀，将所得的物料输入喷雾造粒塔中制成颗粒即可。
[0009]本发明所述一种金属结合碳化硅陶瓷及其制备方法，由以下具体步骤制成:
(1)将碳化硅、不锈钢粉末、氧化镧、钇铝石榴石粉、三硬脂酸甘油酯和去离子水加到球磨罐中，球料比3:1，球磨4小时后加入硅烷偶联剂KH-791搅拌均匀后过300目筛，再转移到喷雾造粒机中制成颗粒备用；
(2)将除烧结助剂之外其余剩余的成分混合，以5°C/min的速度边搅拌边加热，加热至60° C时保温30分钟，再将该混合物通过喷涂法喷涂到步骤(I)中的颗粒上，干燥后与烧结助剂混合均匀；
(3)将步骤(2)得到的物料送入模具中采用ISOMPa干压成型得素胚，再将该素胚放入真空高温烧结炉中在氩气的保护下进行烧结，烧结温度为1900° C，保温4小时后缓慢降温到1450。C，随炉冷却即得。
[0010]本实施例中陶瓷的性能指标结果如下:
耐碱性实验:不溶于任何强碱；
耐酸性试验:不溶于任何强酸；
硬度(GPa):32.3 ；
弹性模量(GPa):350 ；
抗折强度(MPa):160 ；
断裂韧性(Mpa/m1/2):4.12 ；
热膨胀系数(10_5/K):1.9 ；
热传导率(W/mK):97.5。
【主权项】
1.一种金属结合碳化硅陶瓷及其制备方法，其特征在于，由下列重量份的原料制成:碳化硅70-80、不锈钢粉末9-14、钛粉6-9、钇铝石榴石粉4_5、锰粉3_5、氧化镧3_5、硅烷偶联剂KH-7911-2、三硬脂酸甘油酯1-2、酚醛树脂2-3、烧结助剂2-4、硬脂酰胺1-3、去离子水80-100 ； 所述烧结助剂是由下列重量份的原料制成:氧化铝3-5、氧化钇1-2、氯化铵2-3、硝酸依5_7、碳纳米颗粒4_6、粘土粉4_5、二甲基娃油1-2、液体石錯2_4、娃烧偶联剂KH-5501-2、人造金刚石粉末2-4、醋酸乙烯树脂2_3、磷酸三甲酚酯1_2、纯化水3_5 ;制备方法是将氧化铝、氧化钇、硝酸铱、碳纳米颗粒和人造金刚石粉末混合加到混料机中，加入醋酸乙烯树脂和纯化水进行湿法混合，2-3小时后将混合好的浆料加到胶磨机中研磨过100-200目筛，加热干燥除去水分，再加入其余剩余的成分搅拌均匀，将所得的物料输入喷雾造粒塔中制成颗粒即可。
2.根据权利要求1所述一种金属结合碳化硅陶瓷及其制备方法，其特征在于，由以下具体步骤制成: (1)将碳化硅、不锈钢粉末、氧化镧、钇铝石榴石粉、三硬脂酸甘油酯和去离子水加到球磨罐中，球料比3:1，球磨3-5小时后加入硅烷偶联剂KH-791搅拌均匀后过200-300目筛，再转移到喷雾造粒机中制成颗粒备用； (2)将除烧结助剂之外其余剩余的成分混合，以3-5°C/min的速度边搅拌边加热，加热至50-70° C时保温20-30分钟，再将该混合物通过喷涂法喷涂到步骤(I)中的颗粒上，干燥后与烧结助剂混合均匀； (3)将步骤(2)得到的物料送入模具中采用160-200MPa干压成型得素胚，再将该素胚放入真空高温烧结炉中在氩气的保护下进行烧结，烧结温度为1750-1900° C，保温3-5小时后缓慢降温到1600-1450° C，随炉冷却即得。
【专利摘要】本发明公开了一种金属结合碳化硅陶瓷及其制备方法，其特征在于，由下列重量份的原料制成：碳化硅70-80、不锈钢粉末9-14、钛粉6-9、钇铝石榴石粉4-5、锰粉3-5、氧化镧3-5、硅烷偶联剂KH-7911-2、三硬脂酸甘油酯1-2、酚醛树脂2-3、烧结助剂2-4、硬脂酰胺1-3、去离子水80-100；本发明制备的金属结合碳化硅复合基陶瓷断裂韧性、抗蠕变性、耐磨性、硬度及高温性能等都有明显的提高，并且操作简单、成本低，适合大规模生产，实用性广，值得推广。
【IPC分类】C22C1-05, C22C29-02
【公开号】CN104878235
【申请号】CN201510184643
【发明人】张波
【申请人】凤阳徽亨商贸有限公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年4月20日