本发明涉及陶瓷材料制备领域，具体涉及一种氮化硅结合莫来石-碳化硅陶瓷复合材料及其制备方法。
背景技术：
碳化硅与氮化硅均是共价键极强的化合物，二者有相似的物理化学性质，具有高强度、高硬度、高耐腐蚀性、高导热性和低膨胀系数等优点，被广泛应用于冶金、建材、电子与机械等行业。莫来石材料具有良好的高温力学性能、较低的热膨胀系数和热导率、优异的高温抗蠕变特性及化学稳定性等优点，被广泛应用于耐火材料、陶瓷材料以及电子封装材料等领域，但是莫来石的抗热震性较差。因此，将碳化硅加入到莫来石基材料中，并通过氮化反应制备氮化硅结合莫来石-碳化硅陶瓷复合材料，可显著改善莫来石基材料的力学性能。
目前，关于氮化硅结合莫来石-碳化硅陶瓷复合材料已有一些研究，如张雍（添加氮化硅对莫来石碳化硅材料性能的影响[j]，山东冶金，2016，38（6）：56-59）以莫来石、红柱石为主要原料，加入氮化硅、碳化硅制备氮化硅-莫来石-碳化硅复合材料虽有其优点，但缺点是制备工艺复杂，生产成本高和抗氧化性能差。中国发明专利“一种多孔莫来石-碳化硅复合陶瓷材料及其制备方法”（cn103553583a），以氢氧化铝、硅石、二氧化硅、硅粉、碳粉、碳酸镁为原料，制备多孔莫来石-碳化硅复合陶瓷材料虽有其优点，但其缺点是制备工艺复杂，耐压强度低。中国发明专利“氮化硅与碳化硅复相多孔陶瓷及其制备方法”（cn104150940a）以si、sic和烧结助剂为原料，经湿磨、干燥、过筛、成型，制备氮化硅与碳化硅复相多孔陶瓷虽有其优点，但其缺点是制备工艺复杂。
技术实现要素：
本发明旨在克服现有技术的不足，目的是提供了一种氮化硅结合莫来石-碳化硅陶瓷复合材料及其制备方法，其制备的材料具有耐高温性能优良，抗热震稳定性好和强度高等优点，且其工艺简单、生产成本低。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种氮化硅结合莫来石-碳化硅陶瓷复合材料，所述氮化硅结合莫来石-碳化硅陶瓷复合材料包括复合材料、结合剂、水，所述复合材料由以下质量百分比原料组成：莫来石50-80wt%、碳化硅5-40wt%、硅粉5-20wt%、烧结助剂0.5-3wt%。
本发明所述的莫来石、碳化硅、硅粉均为粉状，细粉粒径≤0.1mm，所述结合剂及水在氮化硅结合莫来石-碳化硅陶瓷复合材料中的质量占比具体为：结合剂0.5-25wt%、水6-60wt%。
本发明所述的烧结助剂为氧化钇，氧化钇中的y2o3含量≥99%，粒径≤0.074mm。
本发明所述的结合剂为水玻璃、纸浆废液、糊精、聚乙烯醇中的一种或几种的混合液。
本发明所述的一种氮化硅结合莫来石-碳化硅陶瓷复合材料的制备方法包括如下步骤：
步骤1按照权利要求1所述的配方称取各组分；
步骤2将称取的莫来石、碳化硅、硅粉、烧结助剂置于混料机中，混料2-8小时，获得混合粉体；
步骤3将称取的结合剂和水组成混合液，加入到步骤2所获得的混合粉体中，混料1-3小时，获得混合料；
步骤4将步骤3中所获得的混合料置于造粒机内进行造粒，获得粒径为0.5-2mm的颗粒；
步骤5将步骤4所获得的颗粒置于液压压机内进行成型处理，成型压力为30-100mpa，获得坯体；
步骤6将步骤5所获得的坯体置于70-120℃的干燥箱内干燥4-24小时后，置于氮化烧结炉中，在1300-1500℃的条件下氮化反应烧结，保温时间3-8小时，在氮气气氛下随炉冷却至室温，获得氮化硅结合莫来石-碳化硅陶瓷复合材料。
优选地：所述步骤2中的混料机为行星式混料机或滚筒式混料机。
优选地：所述步骤4中的造粒方式为喷雾造粒或挤压造粒。
优选地：所述步骤6中通入氮气的方法为流动法或静态法。
本发明具有以下有益效果：
以莫来石、碳化硅、硅粉为主要原料，通过氮化反应制备氮化硅结合莫来石-碳化硅陶瓷复合材料，生产工艺简单，其制品力学性能优良、抗热震稳定性好等优点，具有广泛的经济和社会价值。制品的体积密度为1.70-1.89g/cm3，气孔率为35%-41%，常温耐压强度70-100mpa，可作为高温窑炉的窑具材料等。
具体实施方式
下面将结合具体的实施例对本发明做进一步的描述：
以下实施例中所使用的莫来石、碳化硅、硅粉均为粉状，细粉粒径≤0.1mm，氧化钇中的y2o3含量≥99%，粒径≤0.074mm。
实施例1
按质量百分比称取混合原料：莫来石79.5wt%、碳化硅10wt%、硅粉10wt%、烧结助剂0.5wt%，将称取的混合原料置于滚筒式混料机内，混料4小时，加入结合剂糊精和水的混合液，其质量百分比分别为混合原料总质量的4wt%和15wt%，继续混料1小时得混合料，将所得的混合料置于挤压式造粒机内进行造粒，颗粒粒径为0.5-2mm，将造好的颗粒置于液压压机内成型，成型压力为50mpa，得到坯体，将所得的坯体在120℃的条件下干燥12小时，置于氮化烧结炉中，通入氮气方式为为静态法，为在1450℃的条件下氮化烧结4小时，即得氮化硅结合莫来石-碳化硅陶瓷复合材料。
经检测，本实施例所制备的氮化硅结合莫来石-碳化硅陶瓷复合材料性能指标为：体积密度1.79g/cm3，气孔率40.2%，常温耐压强度88mpa。
实施例2
按质量百分比称取混合原料：莫来石79.5wt%、碳化硅10wt%、硅粉10wt%、烧结助剂0.5wt%，将称取的混合原料置于滚筒式混料机内，混料4小时，加入结合剂聚乙烯醇和水的混合液，其质量百分比分别为混合原料总质量的1wt%和50wt%，继续混料1小时得混合料，将所得的混合料置于喷雾造粒机内进行造粒，颗粒粒径为0.5-1mm，将造好的颗粒置于液压压机内成型，成型压力为50mpa，得到坯体，将所得的坯体在120℃的条件下干燥24小时，置于氮化烧结炉中，通入氮气方式为为动态法，在1450℃的条件下氮化烧结4小时，即得氮化硅结合莫来石-碳化硅陶瓷复合材料。
经检测，本实施例所制备的氮化硅结合莫来石-碳化硅陶瓷复合材料性能指标为：体积密度1.81g/cm3，气孔率38.2%，常温耐压强度90mpa。
实施例3
按质量百分比称取混合原料：莫来石74wt%、碳化硅15wt%、硅粉10wt%、烧结助剂1wt%，将称取的混合原料置于滚筒式混料机内，混料4小时，加入结合剂糊精和水的混合液，其质量百分比分别为混合原料总质量的4wt%和15wt%，继续混料1小时得混合料，将所得的混合料置于挤压式造粒机内进行造粒，颗粒粒径为0.5-2mm，将造好的颗粒置于液压压机内成型，成型压力为50mpa，得到坯体，将所得的坯体在120℃的条件下干燥12小时，置于氮化烧结炉中，通入氮气方式为为静态法，在1440℃的条件下氮化烧结4小时，即得氮化硅结合莫来石-碳化硅陶瓷复合材料。
经检测，本实施例所制备的氮化硅结合莫来石-碳化硅陶瓷复合材料性能指标为：体积密度1.83g/cm3，气孔率35.9%，常温耐压强度90mpa。
实施例4
按质量百分比称取混合原料：莫来石68wt%、碳化硅20wt%、硅粉10wt%、烧结助剂2wt%，将称取的混合原料置于滚筒式混料机内，混料4小时，加入结合剂糊精和水的混合液，其质量百分比分别为混合原料总质量的4wt%和15wt%，继续混料1小时得混合料，将所得的混合料置于挤压式造粒机内进行造粒，颗粒粒径为0.5-2mm，将造好的颗粒置于液压压机内成型，成型压力为50mpa，得到坯体，将所得的坯体在120℃的条件下干燥24小时，置于氮化烧结炉中，通入氮气方式为为动态法，在1420℃的条件下氮化烧结4小时，即得氮化硅结合莫来石-碳化硅陶瓷复合材料。
经检测，本实施例所制备的氮化硅结合莫来石-碳化硅陶瓷复合材料性能指标为：体积密度1.84g/cm3，气孔率35.1%，常温耐压强度94mp。
实施例5
按质量百分比称取混合原料：莫来石57wt%、碳化硅25wt%、硅粉15wt%、烧结助剂3wt%，将称取的混合原料置于滚筒式混料机内，混料4小时，加入结合剂糊精和水的混合液，其质量百分比分别为混合原料总质量的4wt%和50wt%，继续混料1小时得混合料，将所得的混合料置于喷雾造粒机内进行造粒，颗粒粒径为0.5-1mm，将造好的颗粒置于液压压机内成型，成型压力为50mpa，得到坯体，将所得的坯体在120℃的条件下干燥24小时，置于氮化烧结炉中，通入氮气方式为为动态法，在1420℃的条件下氮化烧结4小时，即得氮化硅结合莫来石-碳化硅陶瓷复合材料。
经检测，本实施例所制备的氮化硅结合莫来石-碳化硅陶瓷复合材料性能指标为：体积密度1.85g/cm3，气孔率34.8%，常温耐压强度94mp。