一种超厚碳化硅制品及其制备方法与流程

本技术涉及碳化硅加工，尤其是涉及一种超厚碳化硅制品及其制备方法。

背景技术：

1、碳化硅是一种无机物，是用石英砂、石油焦、木屑等原料通过电阻炉高温冶炼而成。碳化硅又称碳硅石，在c、n、b等非氧化物高技术耐火原料中，碳化硅为应用最广泛、最经济的一种，称为金钢砂或耐火砂。碳化硅由于化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小，大多用于玻璃、陶瓷、石材、耐火材料、铸铁和有色金属等方面。

2、目前，一般的碳化硅制品的厚度在50mm左右，如果制作的碳化硅制品的厚度较厚的话，烧结时不容易控制，在烧结过程中容易烧裂，从而影响碳化硅制品的强度。

技术实现思路

1、为了减少烧结开裂、提高碳化硅制品的强度，本技术提供一种超厚碳化硅制品及其制备方法。

2、第一方面，本技术提供一种超厚碳化硅制品，采用如下技术方案：

3、一种超厚碳化硅制品，其包括以下重量份的原料：改性碳化硅25-40份、氧化锆5-10份、硼化硅1-3份、碳化钼0.5-2份、助剂3-6份、水9-15份；其中，改性碳化硅为莫来石复合物对碳化硅进行改性制得。

4、通过采用上述技术方案，本技术的超厚碳化硅制品，通过各原料之间的协同作用，提高了碳化硅制品的体积密度、硬度、径向抗压强度和弯曲强度，还减少了烧结过程中造成开裂的现象，提高了断裂韧性，其中，体积密度为3.10-3.19g/cm3，维氏硬度为21.3-22.8gpa，断裂韧性为2.7-4.5mpa·m1/2，径向抗压强度为562-598mpa，弯曲强度为447-480mpa。

5、改性碳化硅为莫来石复合物对碳化硅进行改性制得，莫来石的晶体结构为斜方晶系，呈链状排列的针状或柱状晶体，这些针状或柱状的晶体互相穿插构成一种交错且坚固的网络结构，因此赋予了莫来石硬度大、强度高、热稳定性好、抗侵蚀性好的优点，且莫来石复合物进一步提高了莫来石的硬度，对碳化硅进行改性，能够使莫来石的网状结构与碳化硅形成紧密的结合，从而提高碳化硅制品的强度，也改善碳化硅制品的热稳定性，减少碳化硅制品在烧结时开裂。

6、氧化锆具有高硬度、高抗腐蚀性、高温稳定性、高强度的优点，硼化硅在高温下具有很好的稳定性和耐腐蚀性，碳化钼具有耐腐蚀、耐高温、强度大、导热性能良好等特性。氧化锆、硼化硅、碳化钼加入到碳化硅制品的原料中，能够进一步提高碳化硅制品的强度，减少烧结过程中开裂。

7、作为优选：所述改性碳化硅采用以下方法制备：将莫来石复合物、碳化硅混合均匀，加热熔融，加入糊精，搅拌，挤出造粒，冷却，得到改性碳化硅。

8、进一步的，所述改性碳化硅采用以下方法制备：将莫来石复合物、碳化硅混合均匀，在1350-1400℃的温度下加热熔融，加入糊精，搅拌1-3h，挤出造粒，冷却，得到改性碳化硅；

9、其中，碳化硅和糊精的重量配比为1：(0.1-0.2)。

10、通过采用上述技术方案，利用上述制备方法对改性碳化硅进行制备，能够使莫来石复合物和碳化硅更好的进行复配，有助于提高碳化硅制品的强度。

11、作为优选：所述碳化硅和莫来石复合物的重量配比为1：(0.5-0.8)。

12、莫来石复合物的添加量过少，不能较优的与对碳化硅进行改性，不能较优的提高碳化硅制品的强度；莫来石复合物的添加量过多，当在烧结时，碳化硅和莫来石的热膨胀系数差异大，莫来石过多，会造成更严重的裂纹。通过采用上述技术方案，当莫来石复合物的添加量在上述范围内时，更利于提高碳化硅制品的强度，减少烧结时出现开裂的现象。

13、作为优选：所述莫来石复合物采用以下方法制备：将莫来石粉碎，过筛，得到莫来石粉末；将莫来石粉末、钴粉、钛粉、镍粉混合均匀，进行球磨，经真空热压烧结，保温，挤出造粒，冷却，得到莫来石复合物。

14、进一步的，所述莫来石复合物采用以下方法制备：将莫来石粉碎，过120目筛，得到莫来石粉末；将莫来石粉末、钴粉、钛粉、镍粉混合均匀，在200-300r/min的转速下球磨4-6h，在20mpa、1300-1500℃的条件下烧结，保温20-40min，挤出造粒，冷却，得到莫来石复合物。

15、通过采用上述技术方案，利用上述制备方法对莫来石复合物进行制备，钴粉在高温下也能够保持较高的强度；钛粉不仅能够改善碳化硅制品的烧结性能，还能够阻碍裂纹的扩展速度，能够提高碳化硅制品的强度；镍粉具有良好的耐高温性；通过将莫来石粉、钴粉、钛粉、镍粉混合，应用到碳化硅制品中，能够进一步提高碳化硅制品的强度，减少在烧结时出现开裂的现象。

16、作为优选：所述莫来石、钴粉、钛粉、镍粉的重量配比为1：(0.4-0.6)：(0.4-0.6)：(0.4-0.6)。

17、钴粉、钛粉、镍粉的添加量过少，发挥的作用不佳，不能较优的提高碳化硅制品的强度；钴粉、钛粉、镍粉的添加量过多，会使脆性变大，容易导致碳化硅制品开裂。通过采用上述技术方案，当钴粉、钛粉、镍粉的添加量在上述范围内时，既能够提高碳化硅制品的强度，还能够减少碳化硅制品在烧结时出现开裂。

18、作为优选：所述助剂为分散剂、烧结助剂和粘结剂的混合物。

19、作为优选：所述分散剂、烧结助剂和粘结剂的重量配比为1:1:1。

20、通过采用上述技术方案，在碳化硅制品的原料中还加入分散剂、烧结助剂和粘结剂，能够有助于各原料分散的更加均匀，便于各原料发挥作用，便于提高碳化硅的强度，减少烧结时出现开裂的现象。

21、第二方面，本技术提供一种超厚碳化硅制品的制备方法，采用如下技术方案：

22、一种超厚碳化硅制品的制备方法，包括如下步骤：

23、s1：将改性碳化硅、氧化锆、硼化硅、碳化钼、助剂、水混合均匀，得到料浆；

24、s2：将料浆进行真空处理，注入模具中密封，加热升温，保温，冷却，得到素坯；

25、s3：将素坯进行烧结处理，冷却，得到碳化硅制品。

26、进一步的，一种超厚碳化硅制品的制备方法，包括如下步骤：

27、s1：将改性碳化硅、氧化锆、硼化硅、碳化钼、助剂、水混合均匀，得到料浆；

28、s2：将料浆在20-40kpa的真空度下处理15-18min，注入模具中密封，加热升温至70-90℃，保温3-4h，冷却，得到素坯；

29、s3：将素坯先以1.5℃/min的速度加热升温至1000℃，然后以1℃/min的速度继续加热升温至1600℃，恒温烧结3-5h，冷却，得到碳化硅制品。

30、通过采用上述技术方案，首先将各原料混合均匀，经过真空处理后，注入模具，经加热、保温、冷却，得到素坯，再将素坯经烧结处理得到碳化硅制品，便于各原料发挥作用，便于提高碳化硅制品的强度，减少烧结时开裂。

31、作为优选：所述碳化硅制品还经过氧化处理。

32、进一步的，所述碳化硅制品还经过以下氧化处理：将碳化硅制品进行氧化处理，氧化温度设定为1000-1400℃，以10℃/min的速度升温，保温1-3h，冷却，得到处理后的碳化硅制品。

33、通过采用上述技术方案，对碳化硅制品进行氧化处理，能够有效去除碳化硅制品表面缺陷和裂纹，能够在碳化硅制品表面形成一层氧化层，修复表面缺陷和裂纹，甚至产生残余应力，进而能够提高碳化硅制品的强度。

34、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

35、1、由于本技术中采用改性碳化硅为莫来石复合物对碳化硅进行改性制得，莫来石呈链状排列的针状或柱状晶体，互相穿插构成一种交错且坚固的网络结构，使其具有硬度大、强度高、热稳定性好、抗侵蚀性好的优点，且莫来石复合物进一步提高了莫来石的硬度，对碳化硅进行改性，能够提高碳化硅制品的强度，减少碳化硅制品在烧结时开裂，可使体积密度达到3.19g/cm3，维氏硬度达到22.8gpa，断裂韧性达到4.5mpa·m1/2，径向抗压强度达到598mpa，弯曲强度达到480mpa。

36、2、本技术中优选莫来石复合物为莫来石、钴粉、钛粉、镍粉的混合物，钴粉在高温下也能够保持较高的强度；钛粉不仅能够改善碳化硅制品的烧结性能，还能够阻碍裂纹的扩展速度，能够提高碳化硅制品的强度；镍粉具有良好的耐高温性；通过将莫来石粉、钴粉、钛粉、镍粉混合，应用到碳化硅制品中，能够进一步提高碳化硅制品的强度，减少在烧结时出现开裂的现象。