专利名称：一种碳化硅-碳复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于无机非金属材料技术领域。尤其涉及ー种碳化硅-碳复合材料及其制备方法。
背景技术：
非氧化物复合材料是高温エ业用材料发展的重要方向之一。其中，碳化硅-碳复合材料结合了碳化硅和石墨的优点，具有优异的高温力学性能、抗氧化性能、热震稳定性能、高比強度、高比模量和非脆性断裂特征。该类复合材料将在航空、航天、新能源、冶金等方面具有广阔的应用前景。目前制备SiC-C类材料的方法包括化学气相渗透法、热压法、前驱体浸溃裂解法及液相或气相渗硅法等。这些方法虽然可以制备出SiC-C类材料，但是对设备及树 脂要求苛刻，生产成本很高，普通企业难以承担，大規模推广存在一定的困难。
发明内容
本发明g在克服现有技术不足，目的是提供一种エ艺简单和成本相对低廉的碳化硅-碳复合材料的制备方法，用该方法制备的碳化硅-碳复合材料具有优异的高温力学性能、抗氧化性能、热震稳定性能、高比強度、高比模量和非脆性断的裂特点。为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是先将50 90wt%的石墨、5 40wt%的高硅氧玻璃和f 10wt%的酚醛树脂搅拌混合，混合时间为2 30分钟，压制成型，自然干燥24小时；再于11(T30(TC条件下热处理8 24小时，然后在1300 1700で条件下于还原气氛中保温f 12小吋，自然冷却，最后破碎成粒度小于IOmm的颗粒或粉体。所述高硅氧玻璃中Si02含量彡94wt%, B2O3含量彡lwt% ;高硅氧玻璃的粒径为3 200 μ mD所述石墨的粒径为3 500 μ m,石墨中的C含量彡90%。所述酚醛树脂为液态或为固体粉末；其中固体粉末粒径为4(Γ200μπι，酚醛树脂的残碳率>40%。由于采用上述技术方案，本发明对预混合的原材料进行高温处理。其中的高硅氧玻璃在高温下变为熔体，包裹在石墨表面并和石墨发生液相反应，由于配料中石墨过量，在高硅氧玻璃和石墨接触处生成碳化硅，进而形成碳化硅-碳复合材料。本发明采用预混合、反应和再粉碎的エ艺，即反应制备方法，避免了因机械混合难以达到材料各成分均一和性质稳定的不足，可在反应合成碳化硅-碳材料的基础上同时获得结构均一和性能稳定的SiC-C粉体材料，所制备的碳化硅-碳复合材料具有优异的高温力学性能、抗氧化性能、热震稳定性能、高比強度、高比模量和非脆性断裂特征。本发明主要采用细小颗粒和粉料混合后经反应和再粉碎エ艺，生产エ艺简单，成本相对低廉，具备大規模推广的潜力。由于SiC-C材料具有一系列优异的性能，不仅可以单独用来制备高级的高温材料也可以作为其它高温材料生产用的粉体，从而提升高温材料的抗熔体、粉尘、烟气等的侵蚀、滲透性能和热震稳定性能。故该类复合材料将在航空、航天、新能源、冶金等方面具有广阔的应用前景。因此，本发明制备エ艺简单，成本相对低廉；所制备的碳化硅-碳复合材料不仅具有良好性能的导热和导电性能，且具有优良的抗熔体侵蚀性能和抗渗透性能，还具有优异的高温力学性能、抗氧化性能、热震稳定性能、高比強度、高比模量和非脆性断裂特点。
具体实施例方式下面结合具体实施方式
对本发明做进ー步的描述，并非对其保护范围的限制。为避免重复，现将本具体实施方式
所涉及的技术參数统ー描述如下，实施例中不再赘述
高娃氧玻璃的粒径为3 200 μ m ;高娃氧玻璃中Si02含量彡94wt%, B2O3含量彡wtl%。
石墨的粒径为3 500 μ m，石墨中的C含量彡90wt%。酚醛树脂为液态或为固体粉末；其中固体粉末粒径为4(Γ200 μ m ;酚醛树脂的残碳率〉40%。实施例I
ー种碳化硅-碳复合材料及其制备方法。先将5(T60wt%的石墨、35 40wt%的高硅氧玻璃和5 10wt%的酚醛树脂搅拌混合，混合时间为2 30分钟，压制成型，自然干燥24小时；再于11(T15(TC条件下热处理8 12小时，然后在1300 1400で条件下埋碳气氛中保温3飞小时，自然冷却，最后破碎成粒度小于IOmm的颗粒或粉体。实施例2
ー种碳化硅-碳复合材料及其制备方法。先将6(T70wt%的石墨、25 35wt%的高硅氧玻璃和3 5wt%的酚醛树脂搅拌混合，混合时间为2 30分钟，压制成型，自然干燥24小时；再于15(T200°C条件下热处理12 15小时，然后在140(Tl50(TC条件下于CO气氛中保温5 8小时，自然冷却，最后破碎成粒度小于IOmm的颗粒或粉体。实施例3
ー种碳化硅-碳复合材料及其制备方法。先将7(T80wt%的石墨、15 20wt%的高硅氧玻璃和3 10wt%的酚醛树脂搅拌混合，混合时间为2 30分钟，压制成型，自然干燥24小时；再于200°C 250°C条件下热处理15 20小时，然后在150(Tl60(TC条件下于碳管炉中保温5 8小时，自然冷却，最后破碎成粒度小于IOmm的颗粒或粉体。实施例4
ー种碳化硅-碳复合材料及其制备方法。先将8(T85wt%的石墨、l(Tl5wt%的高硅氧玻璃、和f5wt%的酚醛树脂搅拌混合，混合时间为2 30分钟，压制成型，自然干燥24小时；再于25(T300°C条件下热处理2(Γ24小时，然后在160(Tl70(TC条件下于埋碳气氛中保温8 12小时，自然冷却，最后破碎成粒度小于IOmm的颗粒或粉体。实施例5
ー种碳化硅-碳复合材料及其制备方法。先将85 90wt%的石墨、5 10wt%的高硅氧玻璃和f 5wt%的酚醛树脂搅拌混合，混合时间为2 30分钟，压制成型，自然干燥24小时；再于11(T15(TC条件下热处理8 12小时，然后在1300 1400で条件下于埋碳气氛中保温广3小时，自然冷却，最后破碎成粒度小于IOmm的颗粒或粉体。
实施例6
ー种碳化硅-碳复合材料及其制备方法。先将8(T85wt%的石墨、l(Tl5wt%的高硅氧玻璃和f 5wt%的酚醛树脂搅拌混合，混合时间为2 30分钟，压制成型，自然干燥24小时；再于15(T200°C条件下热处理12 15小时，然后在140(Tl50(TC条件下于CO气氛中保温Γ5小时，自然冷却，最后破碎成粒度小于IOmm的颗粒或粉体。实施例7
ー种碳化硅-碳复合材料及其制备方法。先将6(T70wt%的石墨、25 35wt%的高硅氧玻璃和3 5wt%的酚醛树脂搅拌混合，混合时间为2 30分钟，压制成型，自然干燥24小时；再于20(T250°C条件下热处理15 20小时，然后在1600 1700で条件下于碳管炉中保温5 8小时，自然冷却，最后破碎成粒度小于IOmm的颗粒或粉体。实施例8
ー种碳化硅-碳复合材料及其制备方法。先将65 75wt%的石墨、2(T25wt%的高硅氧玻璃和5 10wt%的酚醛树脂搅拌混合，混合时间为2 30分钟，压制成型，自然干燥24小时；再于20(T250°C条件下热处理15 20小时，然后在160(Tl70(TC条件下于电炉中保温f 3小时，自然冷却最后破碎成粒度小于IOmm的颗粒或粉体。本具体实施方式
对预混合的原材料进行高温处理。其中的高硅氧玻璃在高温下变为熔体，包裹在石墨表面并和石墨发生液相反应，由于配料中石墨过量，在高硅氧玻璃和石墨接触处生成碳化硅，进而形成碳化硅-碳复合材料。本具体实施方式
采用预混合、反应和再粉碎的エ艺，即反应制备方法，避免了因机械混合难以达到材料各成分均一和性质稳定的不足，可在反应合成碳化娃-碳材料的基础上同时获得结构均一和性能稳定的SiC-C粉体材料，所制备的碳化硅-碳复合材料具有优异的高温力学性能、抗氧化性能、热震稳定性能、高比強度、高比模量和非脆性断裂特点。本具体实施方式
主要采用细小颗粒和粉料混合后经反应和再粉碎エ艺，生产エ艺简单，成本相对低廉，具备大規模推广的潜力。由于SiC-C材料具有一系列优异的性能，不仅可以単独用来制备高级的高温材料也可以作为其它高温材料生产用的粉体，从而提升高温材料的抗熔体、粉尘、烟气等的侵蚀、滲透性能和热震稳定性能。故该类复合材料将在航空、航天、新能源、冶金等方面具有广阔的应用前景。因此，本具体实施方式
制备エ艺简单，成本相对低廉；所制备的碳化硅-碳复合材料不仅具有良好性能的导热和导电性能，且具有优良的抗熔体侵蚀性能和抗渗透性能，还具有优异的高温力学性能、抗氧化性能、热震稳定性能、高比強度、高比模量和非脆性断裂的特点。
权利要求
1.ー种碳化硅-碳复合材料的制备方法，其特征在于先将5(T90wt%的石墨、5 40wt%的高硅氧玻璃和f 10wt%的酚醛树脂搅拌混合，混合时间为2 30分钟，压制成型，自然干燥24小时；再于11(T30(TC条件下热处理8 24小时，然后在130(Tl70(TC条件下于还原气氛中保温f 12小吋，自然冷却，最后破碎成粒度小于IOmm的颗粒或粉体。
2.根据权利要求I所述的碳化硅-碳复合材料的制备方法，其特征在于所述高硅氧玻璃中=SiO2含量彡94wt%，B2O3含量彡lwt% ;高硅氧玻璃的粒径为3 200 μ m。
3.根据权利要求I所述的碳化硅-碳复合材料的制备方法，其特征在于所述石墨的粒径为3 500 μ m，石墨中的C含量彡90wt%o
4.根据权利要求I所述的碳化硅-碳复合材料的制备方法，其特征在所述酚醛树脂为液态或为固体粉末；其中固体粉末粒径为4(Γ200μπι，酚醛树脂的残碳率>40%。
5.根据权利要求广4项中任一项所述的碳化硅-碳复合材料的制备方法所制备的碳化硅-碳复合材料。
全文摘要
本发明涉及一种碳化硅-碳复合材料及其制备方法。其技术方案是先将50~90wt%的石墨、5~40wt%的高硅氧玻璃和1~10wt%的酚醛树脂搅拌混合，混合时间为2~30分钟，压制成型，自然干燥24小时；再于110~300℃条件下热处理8~24小时，然后在1300~1700℃条件下于还原气氛中保温1~12小时，自然冷却，最后破碎成粒度小于10mm的颗粒和粉体。本发明制备工艺简单，成本相对低廉；所制备的碳化硅-碳复合材料不仅具有良好的导热性能和导电性能，且具有优良的抗熔体侵蚀性能和抗渗透性能。
文档编号C04B35/565GK102745994SQ20121026021
公开日2012年10月24日 申请日期2012年7月26日 优先权日2012年7月26日
发明者吴斌, 李雪, 王落霞, 许兴堂, 马列鹰, 魏耀武 申请人:武汉科技大学