一种低温无压烧结的碳化硅陶瓷及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种低温无压烧结的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]无压烧结是一种常规的烧结方法，它是指在常压下，通过对制品加热而烧结的一种方法，这是目前最常用，也是最简单的一种烧结方式。它适用于不同形状、不同大小物件的烧制，温度便于控制。在正常压力下，将具有一定形状的陶瓷素坯经高温煅烧、物理化学反应制成致密、坚硬、体积稳定，具有一定性能的固结体的过程。相对于“热压”和“气氛加压”而言，烧结是在无外加驱动力，保持在正常压力下的某种气氛(如空气、氢气、氩气和氮气等)下进行的。碳化硅是强共价键结合的化合物，因此，烧结时扩散速率相当低。碳化硅很难烧结，必须借助添加剂或外部压力或反应才能实现致密化，碳化硅陶瓷的难烧结性使高性能碳化硅陶瓷的成本居高不下，严重阻碍了其应用。无压烧结可以制备出复杂形状和尺寸大小的碳化硅部件，而且相对容易实现工业化，被认为是碳化硅陶瓷的最有前途的烧结方法。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种低温无压烧结的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:
一种低温无压烧结的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70-90、不锈钢粉末9-15、水解聚马来酸酐1-2、锰粉3_6、硅烷偶联剂KH-5601-2、糊精3-4、棕刚玉磨料8-12、无水乙醇10-15、硅酸钠2_3、烧结助剂3_4、白炭黑3_4、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、硝酸铱5-7、碳纳米颗粒4-6、粘土粉4-5、二甲基硅油1-2、液体石蜡2-4、硅烷偶联剂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]本发明所述一种低温无压烧结的碳化硅陶瓷及其制备方法，由以下具体步骤制成:
(1)将碳化娃、白炭黑、不锈钢粉末、锰粉、棕刚玉磨料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-560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，力口热至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:本发明通过精确的比例设计，使原料混合烧结后密度提高，改善其性能；添加的不锈钢粉末增加了陶瓷的烧结致密度，降低了烧结温度，节约了资源，本发明采用的是无压烧结的方式，成本低、操作简单，可以制备出形状、大小复杂的陶瓷部件，适合大规模生产。
[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]一种低温无压烧结的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81、不锈钢粉末15、水解聚马来酸酐2、锰粉4、硅烷偶联剂KH-5602、糊精4、棕刚玉磨料10、无水乙醇15、硅酸钠3、烧结助剂4、白炭黑3、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]本发明所述一种低温无压烧结的碳化硅陶瓷及其制备方法，由以下具体步骤制成:
(1)将碳化娃、白炭黑、不锈钢粉末、锰粉、棕刚玉磨料和去离子水加到球磨罐中，球料比3: 1，球磨5小时后加入硅烷偶联剂KH-560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70° 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1500° 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):35.3 ；
弹性模量(GPa):360 ；
抗折强度(MPa):179 ;
断裂韧性(Mpa/m1/2):4.23 ；
热膨胀系数(10_5/K):3.2 ；热传导率(W/mK):100。
【主权项】
1.一种低温无压烧结的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70-90、不锈钢粉末9-15、水解聚马来酸酐1-2、锰粉3_6、硅烷偶联剂KH-5601-2、糊精3-4、棕刚玉磨料8_12、无水乙醇10-15、硅酸钠2_3、烧结助剂3_4、白炭黑3-4、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、硝酸铱5-7、碳纳米颗粒4-6、粘土粉4-5、二甲基硅油1-2、液体石蜡2-4、硅烷偶联剂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所述一种低温无压烧结的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、白炭黑、不锈钢粉末、锰粉、棕刚玉磨料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-560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，力口热至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】本发明公开了一种低温无压烧结的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70-90、不锈钢粉末9-15、水解聚马来酸酐1-2、锰粉3-6、硅烷偶联剂KH-5601-2、糊精3-4、棕刚玉磨料8-12、无水乙醇10-15、硅酸钠2-3、烧结助剂3-4、白炭黑3-4、去离子水80-100；本发明通过精确的比例设计，使原料混合烧结后密度提高，改善其性能；添加的不锈钢粉末增加了陶瓷的烧结致密度，降低了烧结温度，节约了资源，本发明采用的是无压烧结的方式，成本低、操作简单，可以制备出形状、大小复杂的陶瓷部件，适合大规模生产。
【IPC分类】C04B35-622, C04B35-64, C04B35-565
【公开号】CN104628389
【申请号】CN201510042644
【发明人】夏云
【申请人】安徽省和翰光电科技有限公司
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年1月28日