一种高韧性碳化硅陶瓷及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高韧性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]陶瓷材料的分子排列和化学键性质，决定了陶瓷材料中的晶粒位错密度低、 滑移系统少、裂纹的成核和生长的能量小，从而决定了陶瓷材料的脆性本质。脆性和低可靠性严重限制了陶瓷材料的应用范围。只有改善陶瓷的断裂韧性，实现材料强韧化，提高其可靠性和使用寿命，才能使陶瓷材料真正得到广泛应用，因此，陶瓷增韧技术一直是陶瓷研究的热点。增韧的本质就是要在材料中引进吸收断裂能量的机制，降低裂纹扩展的动力，增加裂纹扩展的阻力。目前所采用的增韧手段均是设法增加断裂过程中消耗的能量，同时增加断裂面的粗糙度。本发明通过添加纳米氧化锆和金属粉改善陶瓷晶粒的形状、品界特性，消耗断裂能，从而提高韧性起到了很好的效果。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种高韧性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:
一种高韧性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8-13、钛粉2-4、纳米氧化锆4-8、聚乙烯醇1-3、铍粉3_6、聚磷酸铵1_2、硅烷偶联剂KH-5801-2、石墨3-4、木质素磺酸钠2_3、烧结助剂2_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]本发明所述一种高韧性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、钛粉、铍粉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-580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，添加纳米氧化锆和金属粉改善陶瓷晶粒的形状、品界特性，消耗断裂能，从而提高了陶瓷韧性。
[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]一种高韧性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76、不锈钢粉末9、钛粉3、纳米氧化锆7、聚乙烯醇3、铍粉5、聚磷酸铵2、硅烷偶联剂KH-5802、石墨3、木质素磺酸钠2、烧结助剂3、去离子水86 ；
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]本发明所述一种高韧性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、钛粉、铍粉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-580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):33.4 ；
弹性模量(GPa):400 ；
抗折强度(MPa):179 ;
断裂韧性(Mpa/m1/2):4.28 ；
热膨胀系数(10_5/K):2.3 ；
热传导率(W/mK):98。
【主权项】
1.一种高韧性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8-13、钛粉2-4、纳米氧化锆4_8、聚乙烯醇1_3、铍粉3_6、聚磷酸铵1-2、硅烷偶联剂KH-5801-2、石墨3_4、木质素磺酸钠2_3、烧结助剂2_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所述一种高韧性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、钛粉、铍粉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-580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】本发明公开了一种高韧性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8-13、钛粉2-4、纳米氧化锆4-8、聚乙烯醇1-3、铍粉3-6、聚磷酸铵1-2、硅烷偶联剂KH-5801-2、石墨3-4、木质素磺酸钠2-3、烧结助剂2-3、去离子水80-100；本发明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，添加纳米氧化锆和金属粉改善陶瓷晶粒的形状、品界特性，消耗断裂能，从而提高了陶瓷韧性。
【IPC分类】C04B35-565, C04B35-63
【公开号】CN104671792
【申请号】CN201510042651
【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6月3日
【申请日】2015年1月28日