專利名稱：一種含碳化硅晶片以及棒狀氧化鋁嵌入顆粒的碳化硅陶瓷的制作方法
一種含碳化硅晶片以及棒狀氧化鋁嵌入顆粒的碳化硅陶瓷
本發(fā)明涉及一種陶瓷，是關(guān)于碳化硅陶瓷，特別是一種同時(shí)含有碳化硅晶 片以及棒狀氧化鋁嵌入顆粒的碳化硅陶瓷。
目前報(bào)道的增韌碳化硅陶瓷，多是含有碳化硅晶須或炭纖維的增韌碳化硅 陶瓷。有關(guān)含有碳化硅晶須的增韌碳化硅陶瓷的報(bào)道參見田杰謨等發(fā)明(設(shè)
計(jì))，清華大學(xué)申請(qǐng)，申請(qǐng)?zhí)枮镃N91101684.8的專利申請(qǐng)案"晶須增韌強(qiáng)化碳 陶瓷復(fù)合材料"；以及，阿歷山大* J 派齊克發(fā)明(設(shè)計(jì))，唐化學(xué)原料公司 申請(qǐng)，申請(qǐng)?zhí)枮镃N90110427.2的專利申請(qǐng)案"碳化硅晶須增強(qiáng)陶瓷復(fù)合材料 及其制造方法"；以及，成來(lái)飛、張立同、徐永東、劉永勝、李鎮(zhèn)、王曉明等發(fā) 明(設(shè)計(jì))，中國(guó)西北工業(yè)大學(xué)申請(qǐng)，申請(qǐng)?zhí)枮镃N200410026337.6的專利申請(qǐng) 案"一種晶須和顆粒增韌陶瓷基復(fù)合材料制備方法"。有關(guān)含有炭纖維的增韌 碳化硅陶瓷的報(bào)道參見耿浩然等發(fā)明(設(shè)計(jì))，濟(jì)南大學(xué)申請(qǐng)，申請(qǐng)?zhí)枮?CN03138926.0的專利申請(qǐng)案"一種制備碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料的裝置及 工藝"。
碳化硅陶瓷材料具有高溫強(qiáng)度大、高溫抗氧化性強(qiáng)、耐磨損性能好、熱穩(wěn) 定性佳、熱膨脹系數(shù)小、熱導(dǎo)率大、硬度高、抗熱震和耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)良特性, 在汽車、機(jī)械化工、環(huán)境保護(hù)、空間技術(shù)、信息電子、能源等領(lǐng)域有著日益廣 泛的應(yīng)用，已經(jīng)成為一種在很多工業(yè)領(lǐng)域性能優(yōu)異的其他材料不可替代的結(jié)構(gòu)
陶瓷o
機(jī)械設(shè)備中的動(dòng)密封是通過(guò)兩個(gè)密封端面材料的旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)而進(jìn)行的，作為 密封端面材料，要求硬度高，具有耐磨損性。碳化硅陶瓷的硬度相當(dāng)高且摩擦 系數(shù)小，故碳化硅陶瓷作為機(jī)械密封端面材料可獲得其它材料所無(wú)法達(dá)到的滑
動(dòng)特性。另一方面，兩個(gè)端面密封材料在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中由于摩擦?xí)a(chǎn)生一定 的熱量，從而使密封端面的局部溫度升高，因此端面材料還必須能夠耐受一定 的溫度。為了避免端面密封材料在旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生熱應(yīng)變和熱裂，要求端 面材料的導(dǎo)熱系數(shù)高、抗熱震性好。目前，碳化硅陶瓷已經(jīng)在各類機(jī)械密封中 獲得大量的應(yīng)用，并為機(jī)械設(shè)備的省力和節(jié)能做出了很大的貢獻(xiàn)，顯示出其他 材料所無(wú)法比擬的優(yōu)越性。碳化硅陶瓷在機(jī)械工業(yè)中還被成功地用作各種軸承、 切削刀具。
航空航天、原子能工業(yè)等需要耐受超高溫度的場(chǎng)合如核裂變和核聚變反應(yīng) 堆中需要的可承受2000度左右高溫的耐熱材料;火箭和航天飛行器表面用于耐 受與大氣劇烈摩擦中產(chǎn)生的高達(dá)數(shù)千K溫度的隔熱瓦；火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室喉襯 和內(nèi)襯材料，燃?xì)鉁u輪葉片；高溫爐的頂板、支架，以及高溫實(shí)驗(yàn)用的卡具等 高溫構(gòu)件也普遍采用碳化硅陶瓷構(gòu)件。碳化硅陶瓷在石油化學(xué)工業(yè)中還被廣泛 地用作各種耐腐蝕用容器和管道。
工業(yè)應(yīng)用中期望進(jìn)一步提高碳化硅陶瓷的性能，首先要面對(duì)的問(wèn)題是增韌 問(wèn)題。與其它各類陶瓷類似，碳化硅陶瓷有一定的脆性，如何提供高韌性的碳 化硅陶瓷，是該生產(chǎn)領(lǐng)域關(guān)注的重要課題。
在這里有必要簡(jiǎn)單提及陶瓷增韌相關(guān)的原理。 1974年首次發(fā)現(xiàn)一些多晶相陶瓷具有阻力曲線行為，即裂紋擴(kuò)展阻力隨著裂紋 增加而增長(zhǎng)，這是一個(gè)重要的進(jìn)步，此后，人們開始通過(guò)各種顯微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái) 提高陶瓷的韌性。中國(guó)天津大學(xué)高溫結(jié)構(gòu)陶瓷及工程陶瓷加工技術(shù)教育部重點(diǎn) 實(shí)驗(yàn)室的周振君等，發(fā)表于"硅酸鹽通報(bào)"2003年第3期p57-61的題為"高 可靠性結(jié)構(gòu)陶瓷的增韌研究進(jìn)展"，以及，山東大學(xué)的郝春成等，發(fā)表于"材料 導(dǎo)報(bào)"2002年2月第16巻第2期p28-30的題為"顆粒增韌陶瓷的研究進(jìn)展"，
以及，中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所高性能陶瓷與超微結(jié)構(gòu)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的
郭景坤，發(fā)表于"復(fù)旦學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)"2003年12月第42巻第6期p822-827 的題為"關(guān)于陶瓷材料的脆性問(wèn)題"，以及，山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院先進(jìn)射流工 程技術(shù)研究中心的劉含蓮等，發(fā)表于"粉末冶金技術(shù)"2004年4月第22巻第2 期p98-103的題為"納米復(fù)合陶瓷材料的增韌補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理研究進(jìn)展"等論文中， 對(duì)陶瓷增韌問(wèn)題的理論和實(shí)踐有詳盡的介紹。
陶瓷的韌化方式主要有相變?cè)鲰g、纖維(晶須)增韌、顆粒增韌以及復(fù)合增 韌。其中，顆粒增韌是陶瓷增韌最簡(jiǎn)單的一種方法，它具有同時(shí)提高強(qiáng)度和韌 性等許多優(yōu)點(diǎn)。影響第二相顆粒復(fù)合材料增韌效果的主要因素為基體與第二相 顆粒的彈性模量E、熱膨脹系數(shù)a及兩相的化學(xué)相容性。其中化學(xué)相容性是復(fù)
合的前提，兩相間不能存在過(guò)多的化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)又必須具有合適的界面綜合 強(qiáng)度。利用熱膨脹系數(shù)a的失配，從而在第二相顆粒及周圍基體內(nèi)部產(chǎn)生殘余 應(yīng)力場(chǎng)，是復(fù)相陶瓷增韌補(bǔ)強(qiáng)的主要根源。假設(shè)第二相顆粒與基體之間不發(fā)生 化學(xué)反應(yīng)，如果第二相顆粒與基體之間存在熱膨脹系數(shù)的失配，即 A a = a p- a m#0(p、 m表示顆粒和基體)，當(dāng)△ a >0時(shí)，第二相顆粒處于拉
應(yīng)力狀態(tài)，而基體徑向處于拉伸狀態(tài)，切向處于壓縮狀態(tài)，這時(shí)裂紋傾向于繞 過(guò)顆粒繼續(xù)擴(kuò)展；當(dāng)AcK0時(shí)，第二相顆粒處于壓應(yīng)力狀態(tài)，切向受到拉應(yīng) 力，這時(shí)裂紋傾向于在顆粒處釘扎或穿過(guò)顆粒。微裂紋的出現(xiàn)可以吸收能量從 而達(dá)到增韌的目的，微裂紋增韌因素之一是裂紋偏轉(zhuǎn)，裂紋偏轉(zhuǎn)是一種裂紋尖 端效應(yīng)，是指裂紋擴(kuò)展過(guò)程中當(dāng)裂紋尖端遇到偏轉(zhuǎn)物(顆粒、纖維、晶須、界面 等)時(shí)所發(fā)生的傾斜和偏轉(zhuǎn)；微裂紋增韌因素之二是裂紋橋聯(lián)，橋聯(lián)物(顆粒、 纖維、晶須等)聯(lián)接靠近橋聯(lián)物的兩個(gè)裂紋的兩個(gè)表面并提供一個(gè)使兩個(gè)裂紋面 相互靠近的應(yīng)力，即閉合應(yīng)力，這樣導(dǎo)致應(yīng)力強(qiáng)度因子隨裂紋擴(kuò)展而增加。當(dāng)
裂紋擴(kuò)展遇到橋聯(lián)劑時(shí)，橋聯(lián)物有可能穿晶破壞，也可能出現(xiàn)互鎖現(xiàn)象，即裂 紋繞過(guò)橋聯(lián)物沿晶界發(fā)展并形成摩擦橋。簡(jiǎn)當(dāng)?shù)卣f(shuō)，第二相異質(zhì)相顆粒的引入， 將帶來(lái)大量的微裂紋，大量的顯性或隱性微裂紋能夠耗散或化解或吸收外來(lái)的 破壞性張應(yīng)力。此外，在采用晶須進(jìn)行增韌時(shí)，還存在拔出效應(yīng),拔出效應(yīng)也是 一種有利于增韌的因素。當(dāng)引入的第二相異質(zhì)相顆粒為納米顆粒時(shí)，還有利于 抑制陶瓷基材晶體顆粒的長(zhǎng)大，燒成陶瓷中陶瓷基材晶體顆粒的微小化也是一 個(gè)重要的增韌因素，從斷裂韌性值與顯微結(jié)構(gòu)觀察結(jié)果來(lái)看，樣品微觀呈納米 級(jí)細(xì)微組織，則宏觀表現(xiàn)出最高的斷裂韌性，可以認(rèn)為，顆粒的細(xì)化使得組織 結(jié)構(gòu)更加均勻，減小了應(yīng)力集中及顯微裂紋的尺寸，同時(shí)，顆粒的細(xì)化也使顯 微裂紋數(shù)量增加，也就是說(shuō)，微細(xì)的晶粒結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致晶界體積分?jǐn)?shù)增加，在該 情形下，陶瓷斷裂過(guò)程中生成的耗散性新裂紋表面積增大，陶瓷斷裂前的過(guò)程 中需要吸收的外界能量因而大幅度增加，宏觀上表現(xiàn)為陶瓷斷裂韌性提高。
引入碳化硅晶須或炭纖維進(jìn)行增韌，確能使碳化硅陶瓷韌性大幅度提高， 但是，碳化硅晶須制備成本較高，帶來(lái)整個(gè)增韌陶瓷成品的生產(chǎn)成本上升，此 外，長(zhǎng)徑比很高的碳化硅晶須以及炭纖維總的說(shuō)來(lái)較難與其它碳化硅陶瓷生產(chǎn) 原料混合均勻，這在一定程度上影響了增韌碳化硅陶瓷成品的品質(zhì)均勻性。
本發(fā)明的目的，是提供一種有別于碳化硅晶須增韌或炭纖維增韌的新的低 成本增韌方案，本發(fā)明的目的是同時(shí)使用適當(dāng)?shù)南鄬?duì)廉價(jià)的增韌物質(zhì)與比較昂 貴的碳化硅晶片，是同時(shí)使用兩種不同的物質(zhì)來(lái)進(jìn)行碳化硅陶瓷的增韌，該方 案要盡可能兼顧上文述及的各種有益的增韌效應(yīng)，所述相對(duì)廉價(jià)的增韌物質(zhì)是 以增韌為目的而加入的適當(dāng)?shù)奈镔|(zhì)。
本發(fā)明的目的是通過(guò)如下的技術(shù)方案來(lái)達(dá)到，該技術(shù)方案提供一種含碳化 硅晶片以及棒狀氧化鋁嵌入顆粒的碳化硅陶瓷，其組成如下-
(1) 碳化硅晶粒48 % 96 % (重量)
(2) 碳化硅晶片2 % ~ 20 % (重量)
(3) 棒狀氧化鋁嵌入顆粒2 % ~ 20 % (重量)
(4) 碳化硼或釔鋁石榴石0 % ~ 12 % (重量)
在該技術(shù)方案中，所述棒狀氧化鋁嵌入顆粒以及碳化硅晶片是增韌物質(zhì)。 在所述碳化硅陶瓷中，顆粒微小而數(shù)量較多的所述棒狀氧化鋁顆粒以及碳化硅 晶片以均勻分散嵌入的形態(tài)存在。所述碳化硅陶瓷可以是經(jīng)由熱壓燒結(jié)工藝制 造而成的不含燒結(jié)助劑殘留物的碳化硅陶瓷；所述碳化硅陶瓷也可以是經(jīng)由無(wú) 壓燒結(jié)工藝制造而成的含燒結(jié)助劑殘留物的碳化硅陶瓷。也就是說(shuō)，對(duì)于經(jīng)由 無(wú)壓燒結(jié)工藝制造而成的碳化硅陶瓷，陶瓷中還可以含有燒結(jié)助劑殘留物質(zhì)， 所述燒結(jié)助劑是為促進(jìn)碳化硅陶瓷的燒結(jié)而加入的物質(zhì)，所述燒結(jié)助劑物質(zhì)在 碳化硅陶瓷燒結(jié)完成后滯留在碳化硅陶瓷內(nèi)，所述滯留在碳化硅陶瓷內(nèi)的燒結(jié) 助劑物質(zhì)的化合物狀態(tài)例如釔鋁石榴石、碳化硼。其中，在使用碳-硼系燒結(jié) 助劑時(shí)，因燒結(jié)助劑經(jīng)驗(yàn)用量較少，相應(yīng)地，燒結(jié)助劑殘留物質(zhì)碳化硼(本案 中，"碳化硼" 一詞泛指碳硼化合物)較少；而在采用氧化釔-氧化鋁系燒結(jié)助 劑時(shí)，因燒結(jié)助劑經(jīng)驗(yàn)用量相對(duì)較多，相應(yīng)地，燒結(jié)助劑殘留物質(zhì)釔鋁石榴石 (本案中，"釔鋁石榴石"一詞泛指包括釔鋁石榴石在內(nèi)的多種公知的氧化釔與 氧化鋁之間的燒結(jié)化合產(chǎn)物)較多；總的說(shuō)來(lái)，在所述碳化硅陶瓷中，燒結(jié)助 劑殘留物質(zhì)的含量范圍在0 % 12 % (重量)，其中，燒結(jié)助劑殘留物質(zhì)的含 量為0% (重量)的情形對(duì)應(yīng)于經(jīng)由未使用燒結(jié)助劑的熱壓燒結(jié)工藝制成的碳 化硅陶瓷。所述熱壓燒結(jié)工藝、無(wú)壓燒結(jié)工藝以及燒結(jié)助劑物質(zhì)的技術(shù)含義在 碳化硅陶瓷制造領(lǐng)域是公知的。
所述棒狀氧化鋁嵌入顆粒的徑向?qū)挾纫约伴L(zhǎng)徑比實(shí)際上允許有一個(gè)較寬泛 的分布，但是，所述棒狀氧化鋁嵌入顆粒的徑向?qū)挾纫约伴L(zhǎng)徑比的較好的分布 是所述棒狀氧化鋁嵌入顆粒的徑向?qū)挾刃∮趌微米，以及，所述棒狀氧化鋁 嵌入顆粒的長(zhǎng)徑比分布在2與5之間。
所述棒狀氧化鋁嵌入顆粒的徑向?qū)挾刃∮?微米的意思是指多數(shù)棒狀氧化 鋁嵌入顆粒的徑向?qū)挾刃∮?微米。所述棒狀氧化鋁嵌入顆粒的長(zhǎng)徑比分布在 2與5之間的意思是指多數(shù)棒狀氧化鋁嵌入顆粒的長(zhǎng)徑比分布在2與5之間。
所述棒狀氧化鋁嵌入顆粒的徑向?qū)挾鹊母玫倪x擇范圍是在5納米與100 納米之間。
納米級(jí)或接近納米級(jí)的嵌入物顆粒的存在，有助于在燒制過(guò)程中抑制碳化 硅晶粒的長(zhǎng)大，碳化硅晶粒的的細(xì)化是一個(gè)重要的增韌因素。
在所述碳化硅陶瓷中，所述棒狀氧化鋁嵌入顆粒、碳化硅晶片、碳化硅晶 粒以及燒結(jié)助劑殘留物質(zhì)的含量、顆粒形貌以及元素構(gòu)成等，可以結(jié)合使用X 射線粉末衍射、電鏡透射、電鏡掃描以及微區(qū)元素分析等等現(xiàn)有技術(shù)手段進(jìn)行 判定。
本發(fā)明的特點(diǎn)，是提供一種新的低成本增韌方案，本發(fā)明提供一種含碳化 硅晶片以及棒狀氧化鋁嵌入顆粒的碳化硅陶瓷。碳化硅晶片相對(duì)昂貴，而棒狀 氧化鋁顆粒(也就是棒狀氧化鋁粉)相對(duì)廉價(jià)，本發(fā)明的方案是結(jié)合利用棒狀 氧化鋁顆粒與碳化硅晶片對(duì)碳化硅陶瓷進(jìn)行組合增韌，并且，棒狀氧化鋁顆粒 以及碳化硅晶片易于與其它制造原料均勻混合。本發(fā)明的方案兼顧利用熱膨脹 失配誘發(fā)微裂紋、裂紋偏轉(zhuǎn)、裂紋橋聯(lián)、棒狀氧化鋁顆粒拔出效應(yīng)以及碳化硅 晶片拔出效應(yīng)等有益的增韌因素。
本發(fā)明的方案提供的是一種適度增韌而非極度增韌的碳化硅陶瓷，本發(fā)明 的方案提供的碳化硅陶瓷適用于一些必須顧及制造成本以及使用成本并且只需 適度增韌而非極度增韌的應(yīng)用場(chǎng)合。
實(shí)施例1，含碳化硅晶片以及棒狀氧化鋁嵌入顆粒的碳化硅陶瓷的制備方
法之一將O. 5 % - 3.0 % (重量)的C-B燒結(jié)助齊U，與2.0%- 20.0% (重 量)的棒狀氧化鋁顆粒，以及，2. 0 % - 20. 0 % (重量)的碳化硅晶片，以及，57. 0 % - 95.5 % (重量)的碳化硅粉，以及，適量的PVA (聚乙烯醇)，進(jìn)行干法
球磨混合，模壓成型，在iocrc-30(rc溫度區(qū)間固化，之后，在no(rc-
210(TC溫度區(qū)間燒結(jié)0.5 - 3.0小時(shí)，制成含碳化硅晶片以及棒狀氧化鋁嵌入 顆粒的碳化硅陶瓷。
所述碳化硅粉是由顯著不同于碳化硅晶片的一般碳化硅晶粒構(gòu)成。由一般 碳化硅晶粒構(gòu)成的碳化硅粉，它與碳化硅晶片的區(qū)別是公知的。
棒狀氧化鋁顆粒(也就是棒狀氧化鋁粉)的制備技術(shù)或定制產(chǎn)品，可以由中 國(guó)武漢大學(xué)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展部、武漢大學(xué)生產(chǎn)力促進(jìn)中心提供。中國(guó)鋁業(yè)股 份有限公司鄭州研究院也可以提供多種特殊形貌氧化鋁顆粒的制備技術(shù)。
關(guān)于碳化硅晶片的來(lái)源，以"碳化硅晶片"作為搜索詞，可以很容易地在 互聯(lián)網(wǎng)上找到多家相關(guān)的供貨商。
實(shí)施例2，含碳化硅晶片以及棒狀氧化鋁嵌入顆粒的碳化硅陶瓷的制備方 法之二將0. 5 % - 3. 0 % (重量)的C-B燒結(jié)助劑，與2. 0 % - 20. 0 % (重 量)的棒狀氧化鋁顆粒，以及，2. 0 % - 20. 0 % (重量)的碳化硅晶片，以及,57. 0 % - 95.5 % (重量)的碳化硅粉，以及，適量的PVA (聚乙烯醇)，以及，適 量的水，配成漿狀物料，進(jìn)行濕法球磨混合，經(jīng)干燥，造粒，模壓成型，在
IO(TC -300°(:溫度區(qū)間固化，之后，在170(TC - 210(TC溫度區(qū)間燒結(jié)0.5 - 3.0 小時(shí)，制成含碳化硅晶片以及棒狀氧化鋁嵌入顆粒的碳化硅陶瓷。
其中，棒狀氧化鋁顆粒的制備技術(shù)或產(chǎn)品以及碳化硅晶片的獲取途徑同實(shí) 施例1 。
實(shí)施例3，含碳化硅晶片以及棒狀氧化鋁嵌入顆粒的碳化硅陶瓷的制備方 法之三將0. 5 % - 3. 0 % (重量)的C-B燒結(jié)助劑，與2. 0 % - 20. 0 % (重 量)的棒狀氧化鋁顆粒，以及,2. 0 % - 20. 0 % (重量)的碳化硅晶片，以及，57. 0 % - 95.5 % (重量)的碳化硅粉，以及，適量的PVA (聚乙烯醇)，以及，適 量的水，配成漿狀物料，進(jìn)行機(jī)械攪拌混合，同時(shí)對(duì)漿狀物料施加超聲波，如 此處理完后，經(jīng)干燥，造粒，模壓成型，在10(TC -300卩溫度區(qū)間固化，之 后，在1700°C - 2100。C溫度區(qū)間燒結(jié)0.5 - 3.0小時(shí)，制成含碳化硅晶片以 及棒狀氧化鋁嵌入顆粒的碳化硅陶瓷。
其中，棒狀氧化鋁顆粒的制備技術(shù)或產(chǎn)品以及碳化硅晶片的獲取途徑同實(shí) 施例1 。
實(shí)施例4，含碳化硅晶片以及棒狀氧化鋁嵌入顆粒的碳化硅陶瓷的制備方 法之四將3. 0 % - 5. 0 % (重量)的氧化釔，與10. 0 % - 20. 0 % (重量) 的棒狀氧化鋁顆粒，以及，10. 0 % - 20. 0 % (重量)的碳化硅晶片，以及,55. 0 % - 77.0 % (重量)的碳化硅粉，以及，適量的PVA (聚乙烯醇)，以及，適量 的水，配成漿狀物料，進(jìn)行濕法球磨混合，經(jīng)干燥，造粒，模壓成型，在IOO °C -300°。溫度區(qū)間固化，之后，在170(TC -2100<€溫度區(qū)間燒結(jié)0.5-3.0小 時(shí)，制成含碳化硅晶片以及棒狀氧化鋁嵌入顆粒的碳化硅陶瓷。
其中，棒狀氧化鋁顆粒的制備技術(shù)或產(chǎn)品以及碳化硅晶片的獲取途徑同實(shí)
施例l。
實(shí)施例5，含碳化硅晶片以及棒狀氧化鋁嵌入顆粒的碳化硅陶瓷的制備方 法之五將3.0 % - 5.0 % (重量)的氧化釔，與10.0 % - 20.0 % (重量) 的棒狀氧化鋁顆粒，以及，10. 0 % - 20. 0 % (重量)的碳化硅晶片，以及，55. 0 % -77.0 % (重量)的碳化硅粉，以及，適量的PVA (聚乙烯醇)，以及，適量 的水，配成漿狀物料，進(jìn)行機(jī)械攪拌混合，同時(shí)對(duì)漿狀物料施加超聲波，如此 處理完后，經(jīng)干燥，造粒，模壓成型，在10(TC -30(TC溫度區(qū)間固化，之后， 在1700。C -2100°。溫度區(qū)間燒結(jié)0.5-3.0小時(shí)，制成含碳化硅晶片以及棒狀 氧化鋁嵌入顆粒的碳化硅陶瓷。
其中，棒狀氧化鋁顆粒的制備技術(shù)或產(chǎn)品以及碳化硅晶片的獲取途徑同實(shí) 施例l。
實(shí)施例6，含碳化硅晶片以及棒狀氧化鋁嵌入顆粒的碳化硅陶瓷的制備方 法之六將2.0%-20.0% (重量)的棒狀氧化鋁顆粒，與2.0%-20.0% (重 量)的碳化硅晶片，以及,60.0 % - 96.0 % (重量)的碳化硅粉，進(jìn)行干法球 磨混合，之后，置于石墨模具中，在1950°C - 220(TC溫度區(qū)間及200MPa以 上的壓力下燒結(jié)0.5 - 3.0小時(shí)，制成含碳化硅晶片以及棒狀氧化鋁嵌入顆 粒的碳化硅陶瓷。
其中，棒狀氧化鋁顆粒的制備技術(shù)或產(chǎn)品以及碳化硅晶片的獲取途徑同實(shí) 施例1 。
實(shí)施例7，含碳化硅晶片以及棒狀氧化鋁嵌入顆粒的碳化硅陶瓷的制備方 法之七將2.0%-20.0% (重量)的棒狀氧化鋁顆粒，與2.0%-20.0% (重 量)的碳化硅晶片，以及，60.0 % - 96.0 % (重量)的碳化硅粉，以及，適量的水，配成漿狀物料，進(jìn)行濕法球磨混合，經(jīng)干燥后，置于石墨模具中，在
1950°C - 2200。C溫度區(qū)間及200MPa以上的壓力下燒結(jié)O. 5 - 3. 0小時(shí)，制 成含碳化硅晶片以及棒狀氧化鋁嵌入顆粒的碳化硅陶瓷。
其中，棒狀氧化鋁顆粒的制備技術(shù)或產(chǎn)品以及碳化硅晶片的獲取途徑同實(shí) 施例1 。
實(shí)施例8，含碳化硅晶片以及棒狀氧化鋁嵌入顆粒的碳化硅陶瓷的制備方 法之八將2.0%-20.0% (重量)的棒狀氧化鋁顆粒，與2.0%-20.0% (重 量)的碳化硅晶片，以及,60.0 % - 96.0 % (重量)的碳化硅粉，以及，適量 的乙醇，配成漿狀物料，進(jìn)行濕法球磨混合，經(jīng)干燥后，置于石墨模具中，在 1950°C - 2200。C溫度區(qū)間及200MPa以上的壓力下燒結(jié)0.5 -3.0小時(shí)，制 成含碳化硅晶片以及棒狀氧化鋁嵌入顆粒的碳化硅陶瓷。
其中，棒狀氧化鋁顆粒的制備技術(shù)或產(chǎn)品以及碳化硅晶片的獲取途徑同實(shí) 施例l。
實(shí)施例9，含碳化硅晶片以及棒狀氧化鋁嵌入顆粒的碳化硅陶瓷的制備方 法之九將2.0%-20.0% (重量)的棒狀氧化鋁顆粒，與2.0%-20.0% (重 量)的碳化硅晶片，以及，60.0 % - 96.0 % (重量)的碳化硅粉，以及，適量 的甲醇，配成漿狀物料，進(jìn)行濕法球磨混合，經(jīng)干燥后，置于石墨模具中，在 1950°C - 2200。C溫度區(qū)間及200MPa以上的壓力下燒結(jié)0. 5 - 3. 0小時(shí)，制
成含碳化硅晶片以及棒狀氧化鋁嵌入顆粒的碳化硅陶瓷。
其中，棒狀氧化鋁顆粒的制備技術(shù)或產(chǎn)品以及碳化硅晶片的獲取途徑同實(shí) 施例1 。
實(shí)施例10，含碳化硅晶片以及棒狀氧化鋁嵌入顆粒的碳化硅陶瓷的制備方
法之十將2.0%-20.0% (重量)的棒狀氧化鋁顆粒，與2.0%-20.0% (重 量)的碳化硅晶片，以及，60.0 % - 96.0 % (重量)的碳化硅粉，以及，適量 的水，配成漿狀物料，進(jìn)行機(jī)械攪拌混合，同時(shí)對(duì)漿狀物料施加超聲波，如此 處理完并經(jīng)干燥后，置于石墨模具中，在195(TC - 220(TC溫度區(qū)間及200MPa 以上的壓力下燒結(jié)0.5 - 3.0小時(shí)，制成含碳化硅晶片以及棒狀氧化鋁嵌入 顆粒的碳化硅陶瓷。其中，棒狀氧化鋁顆粒的制備技術(shù)或產(chǎn)品以及碳化硅晶片 的獲取途徑同實(shí)施例l。
為方便本領(lǐng)域之外的技術(shù)人員理解和實(shí)施本發(fā)明，本發(fā)明實(shí)施例中凡涉及 "C-B燒結(jié)助劑"的實(shí)施例，"C-B燒結(jié)助劑"均指定是碳化硼，即B4C。
本發(fā)明各實(shí)施例中，所涉及原料的用量均以范圍形式給出，按所列用量范 圍實(shí)施，均能在不同程度上實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的；為方便本領(lǐng)域之外的技術(shù)人員 理解和實(shí)施本發(fā)明，可以指定各原料所列用量范圍的中間值為最佳用量實(shí)施值。
為方便本領(lǐng)域之外的技術(shù)人員理解和實(shí)施本發(fā)明，燒結(jié)設(shè)備可以指定是真 空碳管爐或熱壓燒結(jié)爐；在互聯(lián)網(wǎng)上可以找到許多此類設(shè)備的供應(yīng)商。
關(guān)于陶瓷性能的測(cè)試方法和相關(guān)測(cè)試儀器，為方便本領(lǐng)域之外的技術(shù)人員 了解情況，說(shuō)明如下以適當(dāng)關(guān)鍵詞鍵入檢索，通過(guò)中文期刊網(wǎng)以及外文期刊 網(wǎng)以及互聯(lián)網(wǎng)各大搜索工具，可以査到許多相關(guān)信息。
權(quán)利要求
1.一種含碳化硅晶片以及棒狀氧化鋁嵌入顆粒的碳化硅陶瓷，其組成如下(1)碳化硅晶粒48％～96％(重量)(2)碳化硅晶片2％～20％(重量)(3)棒狀氧化鋁嵌入顆粒2％～20％(重量)(4)碳化硼或釔鋁石榴石0％～12％(重量)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含碳化硅晶片以及棒狀氧化鋁嵌入顆粒的碳化硅陶瓷，其特征在于，所述棒狀氧化鋁嵌入顆粒的徑向?qū)挾刃∮趌微米，以及, 所述棒狀氧化鋁嵌入顆粒的長(zhǎng)徑比分布在2與5之間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的含碳化硅晶片以及棒狀氧化鋁嵌入顆粒的碳化硅陶瓷，其特征在于，所述棒狀氧化鋁嵌入顆粒的徑向?qū)挾冉橛?納米與100 納米之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及陶瓷，是關(guān)于碳化硅陶瓷，特別是一種同時(shí)含有碳化硅晶片以及棒狀氧化鋁嵌入顆粒的碳化硅陶瓷。本發(fā)明的特點(diǎn)，是提供一種新的低成本增韌方案。碳化硅晶片相對(duì)昂貴，而棒狀氧化鋁顆粒(也就是棒狀氧化鋁粉)相對(duì)廉價(jià)，本發(fā)明的方案是結(jié)合利用棒狀氧化鋁顆粒與碳化硅晶片對(duì)碳化硅陶瓷進(jìn)行組合增韌，并且，棒狀氧化鋁顆粒以及碳化硅晶片易于與其它制造原料均勻混合。本發(fā)明的方案兼顧利用熱膨脹失配誘發(fā)微裂紋、裂紋偏轉(zhuǎn)、裂紋橋聯(lián)、棒狀氧化鋁顆粒拔出效應(yīng)以及碳化硅晶片拔出效應(yīng)等有益的增韌因素。
文檔編號(hào)C04B35/565GK101164980SQ20061013918
公開日2008年4月23日 申請(qǐng)日期2006年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月16日
發(fā)明者岳 宋, 李榕生, 淼 水, 霞 王 申請(qǐng)人:寧波大學(xué)