一种石墨/碳化硅复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种石墨/碳化娃复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]石墨/碳化硅复合材料在有色金属熔炼等领域有广泛应用。为了提升材料的使用性能和适用领域，人们在通过各种办法不断提高石墨/碳化硅复合材料在高温下的力学性能，主要是强度和抗热震性。然而，由于石墨和碳化硅都是瘠性材料，该类复合材料难以获得优良的抗热震性和高强度。
[0003]晶须是一种直径为纳米级至微米级，具有高度取向性的短纤维单晶材料，晶体内化学杂质少，无晶粒边界，晶体结构缺陷少，结晶相成分均一，长径比大，其强度接近原子间的结合力。晶须材料是最接近于晶体理论强度的材料，具有高强度、高弹性模量、高硬度、耐高温、以及耐腐蚀的优点。而目前晶须材料掺杂由于传统的混合方式如碾磨、机械搅拌混合等，均会破坏晶须材料的原始形态，而难以获得高力学强度的特性。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，确有必要提供一种石墨/碳化硅复合材料及其制备方法，该制备方法得到的石墨/碳化硅复合材料具有优良的抗热震性和高强度。
[0005]本发明提供一种石墨/碳化硅复合材料的制备方法，其包括以下步骤:
[0006]⑴将硼酸镁晶须、发泡剂和水在发泡机中混合，得到一泡沫状的第一混合物，其中，硼酸镁晶须的重量份为0.05?1.2，发泡剂的重量份为0.1?0.3，水的重量份为3?10 ；
[0007]⑵将石墨和碳化硅混合得到第二混合物，其中，石墨与碳化硅的重量比为1: (1?5)；
[0008]⑶将所述第一混合物和第二混合物混合均匀得到第三混合物，其中所述第二混合物的重量份为10 ；
[0009]⑷将所述第三混合物进行加压成型，以及高温烧结得到所述石墨/碳化硅复合材料。
[0010]其中，在步骤⑴中所述发泡剂为十二烷基苯磺酸盐、十二烷基硫酸酯盐和十二烷基苯磺酸盐中的至少一种。
[0011]其中，所述硼酸镁晶须的重量份为0.2?0.6，发泡剂的重量份为0.1?0.2，水的重量份为5?8。
[0012]其中，所述硼酸镁晶须的长径比为20?40。
[0013]其中，在步骤⑴中将硼酸镁晶须、发泡剂和水在发泡机中混合的时间为0.5小时?2小时。
[0014]其中，步骤⑶将所述第一混合物和第二混合物置于混料机中混合均匀，所述混合的时间为0.5小时?1小时。
[0015]其中，步骤⑷中将所述第三混合物在80MPa?200MPa的压力下成型。
[0016]其中，在步骤⑷中所述高温烧结工艺中温度为1000摄氏度?1300摄氏度。
[0017]本发明哈还提供一种采用上述制备方法得到的石墨/碳化硅复合材料，其包括石墨、碳化硅和硼酸镁晶须，所述硼酸镁晶须均匀分布于所述石墨和碳化硅中，所述硼酸镁晶须占所述石墨碳化娃复合材料的重量百分比为0.5%?10%。
[0018]其中，所述硼酸镁晶须占所述石墨碳化硅复合材料的重量百分比为2%?6%。
[0019]与现有技术相比较，本发明提供的石墨/碳化硅复合材料的制备方法具有以下优点:通过将硼酸镁晶须预先与发泡剂制成泡沫状的第一混合物，然后将泡沫状的第一混合物与石墨和碳化硅混合，混合过程中泡沫状的第一混合物被粉末状的第二混合物吸收，同时发泡剂起到润滑所述硼酸镁晶须的表面以及分散硼酸镁晶须的作用，从而实现将硼酸镁晶须均匀分散于所述第二混合物中，在整个混合过程中硼酸镁晶须基本没有改变其晶须的原始物理形态，从而实现了硼酸镁晶须在得到的石墨/碳化硅复合材料中均匀分布。该得到的石墨/碳化硅复合材料中由于掺杂有硼酸镁晶须，该硼酸镁晶须具有高强度、高弹性模量、高硬度以及耐高温等优点，从而所述石墨/碳化硅复合材料具有良好的高温力学性能，比如高的力学强度和优异的抗热震性。
【附图说明】
[0020]图1为实施例1至6、对比例1制备得到的石墨/碳化硅复合材料的力学性能测试结果。
[0021]如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本发明。
【具体实施方式】
[0022]以下将结合附图对本发明提供的石墨/碳化硅复合材料及其制备方法作进一步说明。
[0023]本发明提供一种石墨/碳化硅复合材料的制备方法，其包括以下几个步骤:
[0024]S1，将硼酸镁晶须、发泡剂和水在发泡机中混合，得到一泡沫状的第一混合物，其中，硼酸镁晶须的重量份为0.05?1.2，发泡剂的重量份为0.1?0.3，水的重量份为3?10 ；
[0025]S2，将石墨和碳化硅混合得到第二混合物，其中，石墨与碳化硅的重量比为1: (1 ?5)；
[0026]S3，将所述第一混合物和第二混合物混合均匀得到第三混合物，其中所述第二混合物的重量份为10 ；
[0027]S4，将所述第三混合物进行加压成型，以及高温烧结得到所述石墨/碳化硅复合材料。
[0028]在步骤S1中，将硼酸镁晶须、发泡剂和水在发泡机中混合的时间为0.5小时?2小时。所述发泡剂可溶于水。所述发泡剂可起到形成泡沫状的第一混合物的作用，并且可起到润滑所述硼酸镁晶须的表面以及分散硼酸镁晶须的作用。所述发泡剂为十二烷基苯磺酸盐、十二烷基硫酸酯盐和十二烷基苯磺酸盐中的至少一种。
[0029]所述硼酸镁晶须可为市售的硼酸镁晶须。所述硼酸镁晶须的长径比为20?40。
[0030]考虑到硼酸镁晶须的价格较高，优选的，所述硼酸镁晶须的重量份为0.2?0.6，发泡剂的重量份为0.1?0.2，水的重量份为5?8。
[0031]在步骤S2中，所述石墨为工业用的石墨粉体、高纯度的石墨粉体等。所述碳化硅可为碳化硅粉体、碳化硅晶须等。优选的，所述石墨与碳化硅的重量比为1: (1?5)。
[0032]在步骤S3中，将所述第一混合物和第二混合物置于混料机中混合均匀。混合过程中泡沫状的第一混合物被粉末状的第二混合物吸收，同时发泡剂起到润滑所述硼酸镁晶须的表面以及分散硼酸镁晶须的作用，从而实现将硼酸镁晶须均匀分散于所述第二混合物中，在整个混合过程中硼酸镁晶须基本没有改变其晶须的物理形态。所述混合的时间为0.5小时?1小时。
[0033]在步骤S4中，将所述第三混合物在80MPa?200MPa的压力下成型。该成型的过程中模具的形状以及大小可根据具体需要而定。为避免所述硼酸镁晶须在高温下熔化，所述高温烧结工艺中温度为1000摄氏度?1300摄氏度。
[0034]本发明还提供一种石墨/碳化硅复合材料，其包括石墨、碳化硅和硼酸镁晶须。所述硼酸镁晶须均匀分布于所述石墨和碳化硅中。所述硼酸镁晶须占所述石墨碳化硅复合材料的重量百分比为0.5%?10%。优选的，所述硼酸镁晶须占所述石墨碳化硅复合材料的重量百分比为2%?6%。
[0035]与现有技术相比较，本发明提供的石墨/碳化硅复合材料的制备方法具有以下优点:通过将硼酸镁晶须预先与发泡剂制成泡沫状的第一混合物，然后将泡沫