專利名稱：一種三組元組合增韌料組合增韌碳化硅陶瓷制造方法
一種三組元組合增韌料組合增韌碳化硅陶瓷制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及陶瓷制造技術(shù)，是關(guān)于碳化硅陶瓷制造技術(shù)，特別是關(guān)于一種 三組元組合增韌料組合增韌碳化鮭陶瓷制造方法。
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。
機(jī)械設(shè)備中的動(dòng)密封是通過兩個(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)件也普遍釆用碳化硅陶瓷構(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。
要進(jìn)一步提高碳化硅陶瓷的性能，如何解決脆性問題，是一個(gè)關(guān)注的焦點(diǎn)。 脆性問題是各類陶瓷面臨的共同的問題。中國天津大學(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，對陶瓷增韌問題的理論和實(shí)踐有詳盡的介紹。
陶瓷的韌化方式主要有相變增韌、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，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 p- a m#0 (p、 m表示顆粒和基體)，當(dāng)A 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)裂紋傾向于繞過顆粒繼續(xù)擴(kuò)展；當(dāng)A a <0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，微裂紋增韌函素之一是裂紋偏轉(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 紋繞過橋聯(lián)物沿晶界發(fā)展并形成摩擦橋。簡當(dāng)?shù)卣f，第二相異質(zhì)相顆粒的引入， 將帶來大量的微裂紋，大量的顯性或隱性微裂紋有助于耗散或化解或吸收外來 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)果來看，樣品微觀呈納 米級細(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，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，陶瓷斷裂過程中生成的耗散性新裂紋表面積增大，陶瓷斷裂前的過 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。
采用片狀晶體顆粒對陶瓷材料進(jìn)行增韌，也是一條有效的陶瓷增韌途徑。 中國青島理工大學(xué)的李紹純、戴長虹在發(fā)表于"硅酸鹽通報(bào)"2004年第6期 p63-65的題為"碳化硅顆粒、晶須、晶片增韌陶瓷復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀" 一文 中，對碳化硅顆粒、晶須、晶片應(yīng)用于非碳化硅基材增韌的情況，有一個(gè)詳細(xì)的介紹，該文涉及非碳化硅基材的增韌技術(shù)，例如碳化硅顆粒、碳化硅晶須、
碳化硅晶片用于(Ba0 - A1203 - Si02)玻璃陶瓷、氮化硅陶瓷、氧化鋁陶瓷 的增韌。其中，碳化硅晶片的增韌機(jī)理經(jīng)研究被認(rèn)為是緣于裂紋橋連機(jī)制、裂 紋偏轉(zhuǎn)機(jī)制和晶片拔出機(jī)制。
在碳化硅陶瓷體系中，目前較多報(bào)道的是采用碳化硅晶須進(jìn)行增韌，以及， 采用炭纖維進(jìn)行增韌。碳化硅晶須增韌技術(shù)方案例如田杰謨等發(fā)明(設(shè)計(jì))，
清華大學(xué)申請，申請?zhí)枮镃N91101684.8的專利申請案"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， 申請?zhí)枮镃N90110427. 2的專利申請案"碳化硅晶須增強(qiáng)陶瓷復(fù)合材料及其制造 方法"。炭纖維增韌技術(shù)方案例如耿浩然等發(fā)明(設(shè)計(jì))，濟(jì)南大學(xué)申請，申 請?zhí)枮镃N03138926.0的專利申請案"一種制備碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料的 裝置及工藝"。
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，長徑比很高的碳化硅晶須以及炭纖維總的說來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，是提供一種新的增韌方案，本發(fā)明的目的是利用碳化硅晶 須以及炭纖維的增韌強(qiáng)勢，在結(jié)合使用碳化硅晶須以及炭纖維的同時(shí)，引入第 三種適當(dāng)?shù)牧畠r(jià)的增韌物質(zhì)，與碳化硅晶須以及炭纖維一起構(gòu)成三組元組合增 韌料，用三種組元來對碳化硅陶瓷進(jìn)行增韌，以期減小對于相對難于分散的碳 化硅晶須以及炭纖維的依賴，并弱化混料不均可能帶來的負(fù)面影響。這種解決 方案要盡可能兼顧上文述及的各種有益的增韌效應(yīng)，所述第三種適當(dāng)?shù)牧畠r(jià)的 增韌物質(zhì)應(yīng)當(dāng)盡可能是容易與其它碳化硅陶瓷生產(chǎn)原料均勻混合的物質(zhì)。
本發(fā)明的目的是通過如下的技術(shù)方案來達(dá)到，該技術(shù)方案是關(guān)于一種三組
元組合增韌料組合增韌碳化硅陶瓷制造方法，該制造方法的主要原料是碳化硅 粉、燒結(jié)助劑、增韌料以及結(jié)合劑，經(jīng)混合、成型、固化、高溫?zé)Y(jié)等主要工 藝步驟，形成碳化硅陶瓷產(chǎn)品，所述碳化硅粉的成份是碳化硅晶粒，原料中含 有的增韌料是為增加碳化硅陶瓷的韌性而加入的物料，所述高溫?zé)Y(jié)工藝步驟 的燒結(jié)方式是無壓固相燒結(jié)或無壓液相燒結(jié)，其特征在于，所采用的增韌料是 三組元組合增韌料，所述三組元組合增韌料是由片狀氧化鋁顆粒以及碳化硅晶 須以及炭纖維三種組元構(gòu)成，所述片狀氧化鋁顆粒是顆粒形貌呈片狀的氧化鋁 粉，以及，所述三組元組合增韌料的意思是指在整個(gè)的所述碳化硅陶瓷制造工 藝流程中總共使用了三種增韌物質(zhì)，這三種增韌物質(zhì)分別是片狀氧化鋁顆粒以 及碳化硅晶須以及炭纖維。所述片狀氧化鋁顆粒以及碳化硅晶須以及炭纖維的 使用量均不為零。要進(jìn)一步解釋的是所述三組元組合增韌料的意思是指在整 個(gè)的所述碳化硅陶瓷制造工藝流程中總共使用了三種增韌物質(zhì)，這三種增韌物 質(zhì)分別是片狀氧化鋁顆粒以及碳化硅晶須以及炭纖維，所述三組元組合增韌料 本身不是專利意義上的組合物。在所述顆粒形貌呈片狀的氧化鋁粉中，當(dāng)然允 許夾雜微小量的非片狀的顆粒，因?yàn)?00%的純度難以達(dá)到。所述無壓固相燒結(jié) 以及無壓液相燒結(jié)的技術(shù)含義在碳化硅陶瓷生產(chǎn)領(lǐng)域是公知的。所述燒結(jié)助劑
例如C_B、 C-稀土類金屬化合物、A1N+Y203、 B、 BN、 A14C3-B4C、 A18B4C7、 A1203+Y203、 Al4SiC4、 Al-C。所述結(jié)合劑是用來幫助坯料定型的物質(zhì)，例如PVB(酚醛樹酯)、 PVA (聚乙烯醇)。用于生產(chǎn)碳化硅陶瓷的原料還可包括增塑劑，以及，潤滑劑。 所述增塑劑用于降低成型難度，所述增塑劑例如甘油。所述潤滑劑用于降低脫 模難度，所述潤滑劑例如油酸。生產(chǎn)過程中還可以含有其它一些工藝步驟，例 如，物料干燥；粉料造粒；對固化后的坯料進(jìn)行機(jī)械切削粗加工；對經(jīng)高溫?zé)?結(jié)后的坯陶進(jìn)行機(jī)械精磨加工等。所述混合工藝步驟可以采用一般混合工藝。
所述成型工藝步驟可以釆用模壓成型工藝或擠出成型工藝。所述固化工藝步驟
是通過在10(TC - 30(TC加溫使所述結(jié)合劑發(fā)揮作用的工藝步驟。所述高溫?zé)Y(jié) 工藝步驟是在1700°C - 2100°C進(jìn)行熱處理的工藝步驟。
關(guān)于片狀氧化鋁顆粒的制備技術(shù)或定制產(chǎn)品，中國武漢大學(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)中心可以提供。所述片狀氧化鋁顆粒(也就是片狀 氧化鋁粉)的制備方法也可在現(xiàn)有技術(shù)中找到，所述現(xiàn)有技術(shù)例如(l)發(fā)明人 是塞爾斯R'錫伯特、愛特華L'格拉文、Jr， 申請人:是圣戈本/諾頓 工業(yè)塘瓷有限公司，申請?zhí)柺荂N94100796.0，題為"片狀氧化鋁"的發(fā)明
專利申請案.(2)發(fā)明人是新田勝久、陳明壽、菅原淳，申請人是默 克專利股份有限公司，申請?zhí)柺荂N96112590.X，題為"薄片狀氧化鋁和珠
光顏料及其制造方法"的發(fā)明專利申請案。中國浙江省某企業(yè)可大量供應(yīng)現(xiàn)貨 (此物本來主要是用作珠光顏料的基片)。此外，中國鋁業(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)。
所述碳化硅陶瓷制造技術(shù)中的燒結(jié)工藝可以是無壓固相燒結(jié)工藝，也可以 是無壓液相燒結(jié)工藝。有多種燒結(jié)助劑可供選擇，在采用無壓液相燒結(jié)工藝時(shí)，
可供選擇的燒結(jié)助劑方案之一是氧化釔加氧化鋁。
在采用無壓液相燒結(jié)工藝，并且用氧化釔加氧化鋁的組合作為燒結(jié)助劑的 情形下，用作燒結(jié)助劑的那部分氧化鋁原料當(dāng)然也可以是采用片狀氧化鋁顆粒。 也就是說，在此方案中，作為原料之一加入的片狀氧化鋁顆粒的一部分，在高
溫?zé)Y(jié)步驟，即在1700'C - 210(TC溫區(qū)進(jìn)行熱處理的工藝步驟中，與氧化釔 反應(yīng)生成熔融狀的釔鋁石榴石熔液，而剩余部分的未反應(yīng)的片狀氧化鋁顆粒成 為增韌物質(zhì)滯留在碳化硅陶瓷內(nèi)，由于片狀氧化鋁顆粒原料在此方案中擔(dān)負(fù)雙 重角色，它與氧化釔的加料配比(鋁與釔的元素摩爾比)當(dāng)然要超過釔鋁石榴石化學(xué)式中的鋁與釔的元素摩爾比。
所述碳化硅陶瓷制造方法的原料中還可以含有鎂元素。所述鎂元素在原料 中的加入形態(tài)例如氧化鎂、硝酸鎂、碳酸鎂、草酸鎂。鎂元素的引入有助于 抑制碳化硅晶粒的長大。如前文所述，碳化硅晶粒的細(xì)化有助于增韌。
無論所述原料中是否含有鎂元素，所述原料中也允許含有鑭元素。所述鑭 元素在原料中的加入形態(tài)例如氧化鑭、硝酸鑭、碳酸鑭、草酸鑭。鑭元素的 加入也有利于抑制碳化硅晶粒長大。
當(dāng)采用無壓液相燒結(jié)工藝，同時(shí)，以氧化釔加氧化鋁的組合作為燒結(jié)助劑， 并且，用作燒結(jié)助劑的那部分氧化鋁原料也是采用片狀氧化鋁顆粒，前文已述 及，在該情形下，由于片狀氧化鋁顆粒原料在此方案中擔(dān)負(fù)雙重角色，它與氧 化釔的加料配比(鋁與釔的元素摩爾比)當(dāng)然要超過釔鋁石榴石化學(xué)式中的鋁 與釔的元素摩爾比。該種方案的進(jìn)一步的特征是，原料混合工序包括以下工藝 步驟a:將片狀氧化鋁顆粒與氧化釔混合，進(jìn)行球磨，形成雙功能預(yù)制料，在 所述雙功能預(yù)制料中，鋁元素與釔元素的混合摩爾比大于七比三。b:將所述雙 功能預(yù)制料與碳化硅粉以及碳化硅晶須以及炭纖維以及結(jié)合劑等進(jìn)行混合。要 解釋的是，釔鋁石榴石化學(xué)式中的鋁與釔的元素摩爾比是5比3，若期望有剩余 的片狀氧化鋁顆粒用于增韌，則原料中鋁元素與釔元素的恰當(dāng)?shù)幕旌夏柋葢?yīng) 當(dāng)大于七比三。該工藝方案就是將原料混合工序分成兩段，其中，步驟a,也就 是將片狀氧化鋁顆粒與氧化釔混合，進(jìn)行球磨，形成所述雙功能預(yù)制料的步驟， 其作用，是利用機(jī)械化學(xué)法使一部分的片狀氧化鋁顆粒與氧化釔發(fā)生一定程度 上的反應(yīng)，形成一定量的釔鋁石榴石前驅(qū)體。 一定量的釔鋁石榴石前驅(qū)體的生 成有利于燒結(jié)。所述雙功能預(yù)制料中同時(shí)含有用于增韌的過量的片狀氧化鋁顆 粒。
在將所述雙功能預(yù)制料與碳化硅粉以及碳化硅晶須以及炭纖維以及結(jié)合劑 等進(jìn)行混合的工藝步驟中，其混合方式可以采用球磨方式。雖然物料中包含相 對難于混合的碳化硅晶須以及炭纖維，球磨混合方式對于達(dá)成較好的混合效果
是有益的。
所述雙功能預(yù)制料與碳化硅粉以及碳化硅晶須以及炭纖維以及結(jié)合劑等的 混合方式，也可以采用機(jī)械攪拌的方式，其操作是加入液體形成漿狀物料，并 對所述漿狀物料施加機(jī)械攪拌。所述液體例如水、乙醇、甲醇或它們的任何 比例的混合溶液。由于用于無壓燒結(jié)工藝的碳化硅粉的粒徑大都在O.l -0.9微 米之間，顆粒已較小，而經(jīng)過球磨生成的所述雙功能預(yù)制料粒徑也較小，因而， 盡管物料中包含相對難于混合的碳化硅晶須以及炭纖維，采用加入液體配成漿 狀物料并施加機(jī)械攪拌的方式有益于物料混合。
并且，所述雙功能預(yù)制料與碳化硅粉以及碳化硅晶須以及炭纖維以及結(jié)合 劑等的混合方式，還可以是結(jié)合施加機(jī)械攪拌和超聲波的方式在施加機(jī)械攪 拌的同時(shí)或間歇，對所述漿狀物料施加超聲波。結(jié)合施加機(jī)械攪拌和超聲波的 方式有利于促進(jìn)摻有碳化硅晶須以及炭纖維的物料的均勻混合。
所述片狀氧化鋁顆粒的板片寬度，以及，板片寬度與板片厚度之比，實(shí)際 上允許范圍較寬；但是，比較好的選擇范圍是所述片狀氧化鋁顆粒的板片寬 度介于0.3微米與6.0微米之間，以及，所述片狀氧化鋁顆粒的板片寬度與板 片厚度之比介于3與IO之間。
所述片狀氧化鋁顆粒的板片寬度的更好的選擇范圍是所述片狀氧化鋁顆 粒的板片寬度介于0.3微米與0.9微米之間。納米級的嵌入物顆粒有助于抑制 碳化硅晶粒的長大，碳化硅晶粒的的細(xì)化是一個(gè)重要的增韌因素。
本發(fā)明的特點(diǎn)，是利用碳化硅晶須以及炭纖維的增韌強(qiáng)勢，在結(jié)合使用碳
化硅晶須以及炭纖維的同時(shí)，引入第三種增韌物質(zhì)——片狀氧化鋁顆粒，與碳 化硅晶須以及炭纖維一起構(gòu)成三組元組合增韌料，用三組元組合增韌料來對碳
化硅陶瓷進(jìn)行增韌；其中，片狀氧化鋁顆粒易于與其它物料均勻混合；本發(fā)明 的方案減小了對于相對難于分散的碳化硅晶須以及炭纖維的依賴程度，并弱化 了混料不均可能帶來的負(fù)面影響。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)、片狀氧化鋁顆粒拔出效應(yīng)以及碳化硅晶須拔出效應(yīng) 以及炭纖維拔出效應(yīng)等有益的增韌因素。
實(shí)施例1:將0. 5 % - 3. 0 % (重量)的C-B燒結(jié)助劑，與1. 0 % - 5. 0 % (重量)的PVA，以及，2.0 % - 12.0 % (重量)的片狀氧化鋁顆粒，以及，
60. 0 % - 86. 5 % (重量)的碳化硅粉，以及，5. 0 % - 10. 0 % (重量)的碳化 硅晶須，以及,5.0 % - 10.0 % (重量)的炭纖維，進(jìn)行干法球磨混合，模壓 成型，在100°C - 300'C溫度區(qū)間固化，之后，在1700°C - 210(TC溫度區(qū)間 燒結(jié)0.5-3.0小時(shí)，形成碳化碰陶瓷產(chǎn)品。
實(shí)施例2:將0. 5 % - 3. 0 % (重量)的C-B燒結(jié)助劑，與1. 0 % - 5. 0 % (重量)的PVA，以及，2.0 %_ 12.0 % (重量)的片狀氧化鋁顆粒，以及，
60. 0 % - 86. 5 % (重量)的碳化硅粉，以及，5. 0 % - 10. 0 % (重量)的碳化 硅晶須，以及，5.0 % - 10.0 % (重量)的炭纖維，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'C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)，形成碳化硅 陶瓷產(chǎn)品。
實(shí)施例3:將0. 5 % - 3. 0 % (重量)的C-B燒結(jié)助劑，與1. 0 % - 5. 0 % (重量)的PVA，以及，2.0 % _ 12.0 % (重量)的片狀氧化鋁顆粒，以及， 60. 0 % - 86. 5 % (重量)的碳化硅粉，以及，5. 0 % - 10. 0 % (重量)的碳化 硅晶須，以及，5.0 % - 10.0 % (重量)的炭纖維，以及，適量的水，配成漿 狀物料，進(jìn)行機(jī)械攪拌混合，經(jīng)干燥，造粒，模壓成型，在IO(TC - 300'C溫度 區(qū)間固化，之后，在1700。C -21001:溫度區(qū)間燒結(jié)0.5-3.0小時(shí)，形成碳化硅
陶瓷產(chǎn)品。
實(shí)施例4:將0. 5 % - 3. 0 % (重量)的C-B燒結(jié)助劑，與1. 0 % - 5. 0 % (重量)的PVA，以及，2.0 % - 12.0 % (重量)的片狀氧化鋁顆粒，以及，
60. 0 % - 86. 5 % (重量)的碳化硅粉，以及,5. 0 % - 10. 0 % (重量)的碳化 硅晶須，以及，5.0 % - 10.0 % (重量)的炭纖維，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IOO'C -300°(:溫度區(qū)間固化，之后，在1700°C -2100 i:溫度區(qū)間燒結(jié)0.5-3.0小時(shí)，形成碳化硅陶瓷產(chǎn)品。
實(shí)施例5:將2. 0 % - 8. 0 % (重量)的A1N+Y203燒結(jié)助劑，與1. 0 % -
5.0% (重量)的PVA,以及，2.0%-12.0% (重量)的片狀氧化鋁顆粒，以 及，55.0 % - 85.0 % (重量)的碳化硅粉，以及，5.0 % - 10.0 % (重量) 的碳化硅晶須，以及，5.0 % - 10.0 % (重量)的炭纖維，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 。C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)，形成 碳化硅陶瓷產(chǎn)品。
實(shí)施例6:按鋁與釔的元素摩爾比8 17比3，將片狀氧化鋁顆粒與氧化釔 混合，進(jìn)行球磨，制成雙功能預(yù)制料。將5.0 % - 20.0 % (重量)的雙功能預(yù) 制料，與1.0 %- 5.0 % (重量)的PVA，以及，55.0 % - 84.0 % (重量) 的碳化硅粉，以及,5.0%-10.0% (重量)的碳化硅晶須，以及，5.0%-10.0
%(重量)的炭纖維，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10(TC -300°(:溫度區(qū)間固化，之后，在17001: -2100
x:溫度區(qū)間燒結(jié)0.5-3.0小時(shí)，形成碳化硅陶瓷產(chǎn)品。
實(shí)施例7:按鋁與釔的元素摩爾比8 17比3，將片狀氧化鋁顆粒與氧化釔 混合，進(jìn)行球磨，制成雙功能預(yù)制料。將5.0 % - 20.0 % (重量)的雙功能預(yù) 制料，與1.0 %- 5.0 % (重量)的PVA，以及，55.0 % - 84.0 % (重量) 的碳化硅粉，以及，5.0%-10.0% (重量)的碳化硅晶須，以及，5.0%-10.0 % (重量)的炭纖維，以及，適量的水，配成漿狀物料，進(jìn)行機(jī)械攪拌混合， 經(jīng)干燥，造粒，模壓成型，在100°C -300匯溫度區(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)，形成碳化硅陶瓷產(chǎn)品。
實(shí)施例8:按鋁與釔的元素摩爾比8~17比3，將片狀氧化鋁顆粒與氧化釔 混合，進(jìn)行球磨，制成雙功能預(yù)制料。將5.0 % - 18.0 % (重量)的雙功能預(yù) 制料，與1.0%- 5,0% (重量)的PVA， 0.1%- 2.0% (重量)的氧化鎂， 以及，55.0% -83.9% (重量)的碳化硅粉，以及，5.0 %- 10.0 % (重量) 的碳化硅晶須，以及，5.0 % - 10.0 % (重量)的炭纖維，以及，適量的水， 配成漿狀物料，進(jìn)行機(jī)械攪拌混合，經(jīng)干燥，造粒，模壓成型，在IO(TC - 300 'C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)，形成 碳化硅陶瓷產(chǎn)品。
實(shí)施例9:按鋁與釔的元素摩爾比8~17比3，將片狀氧化鋁顆粒與氧化釔 混合，進(jìn)行球磨，制成雙功能預(yù)制料。將5.0 % - 20.0 % (重量)的雙功能預(yù) 制料，與1.0%- 5.0% (重量)的PVA， 0.1%- 2.0% (重量)的氧化鎂， 0.1%- 2.0 % (重量)的氧化鑭，以及，51.0 % - 83.8 % (重量)的碳化 硅粉，以及，5.0%-10.0% (重量)的碳化硅晶須，以及，5.0%-10.0% (重
量)的炭纖維，以及，適量的水，配成漿狀物料，進(jìn)行機(jī)械攪拌混合，經(jīng)干燥，
造粒，模壓成型，在10(TC -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)，形成碳化硅陶瓷產(chǎn)品。
實(shí)施例10:將0. 5 % - 3. 0 % (重量)的C-B燒結(jié)助劑，與1. 0 % - 5. 0 % (重量)的PVA， 2.0 % - 12.0 % (重量)的片狀氧化鋁顆粒，0.1%-
2.0% (重量)的氧化鎂，0.1%- 2.0% (重量)的氧化鑭，以及，56.0% -86. 3 % (重量)的碳化硅粉，以及，5. 0 % - 10. 0 % (重量)的碳化硅晶須， 以及，5.0 % - 10.0 % (重量)的炭纖維，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10(TC -30(rC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)，形成碳化硅陶瓷產(chǎn)品。
實(shí)施例11:將0.5 % - 3.0 % (重量)的C-B燒結(jié)助劑，與1.0 %- 5.0 % (重量)的PVA， 2.0 % - 12.0 % (重量)的片狀氧化鋁顆粒，0.1%-2.0% (重量)的氧化鎂，0.1%- 2.0% (重量)的氧化鑭，0.1%- 2.0% (重量)的甘油，0. 1 % - 2. 0 % (重量)的油酸，以及，52. 0 % - 86.1 % (重 量)的碳化硅粉，以及,5.0 % - 10.0 % (重量)的碳化硅晶須，以及，5.0 % - 10.0% (重量)的炭纖維，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10(TC -300°0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)，形成碳化硅陶瓷產(chǎn)品。
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。
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 "A1N+Y203燒結(jié)助劑"的實(shí)施例，"A1N+Y203燒結(jié)助劑"均指定是A1N與￥203摩 爾比為2比1的混合物。
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)于陶瓷性能的測試方法和相關(guān)測試儀器，為方便本領(lǐng)域之外的技術(shù)人員 了解情況，說明如下以適當(dāng)關(guān)鍵詞鍵入檢索，通過中文期刊網(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
1，一種三組元組合增韌料組合增韌碳化硅陶瓷制造方法，該制造方法的主要原料是碳化硅粉、燒結(jié)助劑、增韌料以及結(jié)合劑，經(jīng)混合、成型、固化、高溫?zé)Y(jié)等主要工藝步驟，形成碳化硅陶瓷產(chǎn)品，所述碳化硅粉的成份是碳化硅晶粒，原料中含有的增韌料是為增加碳化硅陶瓷的韌性而加入的物料，所述高溫?zé)Y(jié)工藝步驟的燒結(jié)方式是無壓固相燒結(jié)或無壓液相燒結(jié)，其特征在于，所采用的增韌料是三組元組合增韌料，所述三組元組合增韌料是由片狀氧化鋁顆粒以及碳化硅晶須以及炭纖維三種組元構(gòu)成，所述片狀氧化鋁顆粒是顆粒形貌呈片狀的氧化鋁粉，以及，所述三組元組合增韌料的意思是指在整個(gè)的所述碳化硅陶瓷制造工藝流程中總共使用了三種增韌物質(zhì)，這三種增韌物質(zhì)分別是片狀氧化鋁顆粒以及碳化硅晶須以及炭纖維。
2， 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三組元組合增韌料組合增韌碳化硅陶瓷制造方法， 其特征在于，所述碳化硅陶瓷制造方法是采用氧化釔和氧化鋁作為燒結(jié) 助劑的無壓液相燒結(jié)制造方法，以及，用作燒結(jié)助劑的那部分氧化鋁原 料也是采用片狀氧化鋁顆粒。
3， 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三組元組合增韌料組合增韌碳化硅陶瓷制造方法, 其特征在于，該制造技術(shù)的原料中含有鎂元素。
4， 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的三組元組合增韌料組合增韌碳化硅陶瓷制造 方法，其特征在于，該制造技術(shù)的原料中含有鑭元素。
5， 根據(jù)權(quán)利要求2所述的三組元組合增韌料組合增韌碳化硅陶瓷制造方法， 其特征在于，原料混合工序包括以下工藝步驟-a-將片狀氧化鋁顆粒與氧化釔混合，進(jìn)行球磨，形成雙功能預(yù)制料，在所述雙功能預(yù)制料中，鋁元素與釔元素的混合摩爾比大于七比三。 b:將所述雙功能預(yù)制料與碳化硅粉以及碳化硅晶須以及炭纖維以及結(jié)合 劑等進(jìn)行混合。
6， 根據(jù)權(quán)利要求5所述的三組元組合增韌料組合增韌碳化硅陶瓷制造方法， 其特征在于，在將所述雙功能預(yù)制料與碳化硅粉以及碳化硅晶須以及炭 纖維以及結(jié)合劑等進(jìn)行混合的工藝步驟中，其混合方式是球磨方式。
7， 根據(jù)權(quán)利要求5所述的三組元組合增韌料組合增韌碳化硅陶瓷制造方法， 其特征在于，在將所述雙功能預(yù)制料與碳化硅粉以及碳化硅晶須以及炭 纖維以及結(jié)合劑等進(jìn)行混合的工藝步驟中，其混合方式是加入液體形成 漿狀物料，并對所述漿狀物料施加機(jī)械攪拌。
8， 根據(jù)權(quán)利要求7所述的三組元組合增韌料組合增韌碳化硅陶瓷制造方法， 其特征在于，對所述漿狀物料結(jié)合施加機(jī)械攪拌和超聲波。
9， 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三組元組合增韌料組合增韌碳化硅陶瓷制造方法， 其特征在于，所述片狀氧化鋁顆粒的板片寬度介于0.3微米與6.0微米 之間，以及，所述片狀氧化鋁顆粒的板片寬度與板片厚度之比介于3與 10之間。
10，根據(jù)權(quán)利要求9所述的三組元組合增韌料組合增韌碳化硅陶瓷制造方法， 其特征在于，所述片狀氧化鋁顆粒的板片寬度介于0.3微米與0.9微米之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及陶瓷制造方法，特別是關(guān)于碳化硅陶瓷制造方法。本發(fā)明提供一種三組元組合增韌料組合增韌碳化硅陶瓷制造方法。本發(fā)明的特點(diǎn)，是利用碳化硅晶須以及炭纖維的增韌強(qiáng)勢，在結(jié)合使用碳化硅晶須以及炭纖維的同時(shí)，引入第三種增韌物質(zhì)——片狀氧化鋁顆粒，與碳化硅晶須以及炭纖維一起構(gòu)成三組元組合增韌料，用三組元組合增韌料來對碳化硅陶瓷進(jìn)行增韌；其中，片狀氧化鋁顆粒易于與其它物料均勻混合；本發(fā)明的方案減小了對于相對難于分散的碳化硅晶須以及炭纖維的依賴程度，并弱化了混料不均可能帶來的負(fù)面影響。
文檔編號C04B35/622GK101164999SQ20061013919
公開日2008年4月23日 申請日期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 申請人:寧波大學(xué)