專利名稱：一種基于硅烷鋁酸酯雙組份偶聯(lián)劑碳化硅陶瓷制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低溫下高致密度碳化硅陶瓷制造方法技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
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。在汽車工業(yè)中，為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率，充分利用能源，降低燃料消耗，減少大 氣污染，希望發(fā)動(dòng)機(jī)的工作溫度高于i2oo°c (據(jù)計(jì)算，發(fā)動(dòng)機(jī)的工作溫度由iioo°c提高到 1370°c時(shí)，熱效率可增加30% )。碳化硅陶瓷因所具有的高溫強(qiáng)度，較低的熱膨脹系數(shù)，較 高的導(dǎo)熱系數(shù)和較好的抗熱沖擊性而被認(rèn)為是使用溫度超過1200°c最有前途的候選材料。 擁有先進(jìn)陶瓷技術(shù)的國家如美國、德國和日本已研發(fā)出采用碳化硅陶瓷的發(fā)動(dòng)機(jī)零部件如 發(fā)動(dòng)機(jī)定子、轉(zhuǎn)子、燃燒器及渦形管并取得了良好的使用效果，目前正致力于全陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī) 的開發(fā)研究。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。由于碳化硅陶瓷的高性能和在工業(yè)領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，SiC的燒結(jié)一直是材料界 研究的熱點(diǎn)。但由于碳化硅是一種共價(jià)性極強(qiáng)的共價(jià)鍵化合物，即使在2100°C的高溫下，C 和Si的自擴(kuò)散系數(shù)也僅為1. 5 X 10,和2. 5 X 10-13cm2/s。所以SiC很難燒結(jié)，必須借助燒結(jié) 助劑或外部壓力才可能在2000°C以下實(shí)現(xiàn)致密化(Krishi Negita, Effective sintering aids for silicon carbideceramics -reactivities of silicon carbide with various additives, J. Am. Ceram. Soc.，1986,69 (12) :C308_310.)。我們知道在這樣的高溫下，如果 能夠降低一定的工作溫度，能耗將會(huì)急劇地減小，所以如何在盡可能低的溫度下燒結(jié)得到 高相對(duì)致密度(> 98% )的碳化硅陶瓷產(chǎn)品，滿足不同工業(yè)領(lǐng)域?qū)Ω叨颂蓟杼沾芍破返男枨?，已成為碳化硅陶瓷產(chǎn)業(yè)亟待解決的共性關(guān)鍵問題。熱壓燒結(jié)借助于外壓，在燒結(jié)前驅(qū)粉體中添加或不添加燒結(jié)助劑，熱壓燒結(jié)達(dá)到 98%的致密度通常需要2000°C左右的溫度，如江東亮等在硅酸鹽學(xué)報(bào)1981，No. 9，133-146 報(bào)導(dǎo)了在2050°C條件下SiC+1% B4C+3% C體系保溫45分鐘工藝條件下，密度達(dá)到理論致 密度的98. 75%。也有部分以Al、B、C為燒結(jié)助劑的體系燒結(jié)溫度可以低于2000°C，如黃 漢銓等在1991，9 (2) 70-77上報(bào)導(dǎo)在1650°C -1950°C，50MPa的熱壓條件下，可以得到相對(duì) 致密度高于98%的燒結(jié)體。然而熱壓燒結(jié)只能制備形狀簡單的碳化硅部件，而且經(jīng)過一次 燒結(jié)過程所制備的產(chǎn)品的數(shù)量很少而無法實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)。相比而言，無壓燒結(jié)是高性能 碳化硅陶瓷工業(yè)化最有前途的燒結(jié)方法。按照選用助劑在燒結(jié)過程中的狀態(tài)無壓燒結(jié)可以 分為固相燒結(jié)和液相燒結(jié)。采用B、C和Al或其化合物在燒結(jié)過程中不出現(xiàn)熔融的第二相 的方法被稱作固相燒結(jié)。固相燒結(jié)溫度較高，通常在2000°C以上，而且對(duì)原材料的純度要 求也很高，如美國 GE 公司的 S. Prochazka (S. Prochazka, Ceramics for High-Performance Applications, 1974，239-252.)通過在高純度的B-SiC細(xì)粉中同時(shí)加入少量的B和C，采 用無壓燒結(jié)工藝，于2020°C獲得了密度高于98%的SiC燒結(jié)體。而在燒結(jié)體系中加入 Al2O3-Y2O3^ AIN-R2O3等燒結(jié)助劑在燒結(jié)過程中通過形成二元液相低共熔混合物的方法被稱 為液相燒結(jié)。液相燒結(jié)可以在較低的溫度下燒結(jié)得到具有較好的斷裂韌性和彎曲強(qiáng)度且 具有復(fù)雜形狀和大尺寸的碳化硅部件。液相燒結(jié)體系，特別是SiC-Al2O3-Y2O3，已成為近年 來碳化硅燒結(jié)研究的熱點(diǎn)。然而目前的文獻(xiàn)和專利顯示，通常要制備相對(duì)致密度98%的 高品質(zhì)碳化硅陶瓷，燒結(jié)溫度一般都需要在1900°C以上，采用溶膠凝膠制備的碳化硅/YAG 復(fù)合粉體燒結(jié)溫度可以在1850°C下達(dá)到96% -97%致密度，如王建武等在耐火材料2005， 39(3) :P192-195上報(bào)導(dǎo)以碳化硅、六水硝酸釔、九水硝酸鋁和六次甲基四胺為主要原料， 通過溶膠_凝膠法引入Al2O3和Y2O3復(fù)合燒結(jié)助劑，液相燒結(jié)制備得到SiC-Y3Al5O12復(fù)相陶 瓷；原料復(fù)合粉體經(jīng)干壓、等靜壓成形后，在1860°C下燒結(jié)45min，所制得復(fù)相陶瓷的相對(duì) 密度為96. 5%。但溶膠凝膠成本高、費(fèi)時(shí)、產(chǎn)生大量工業(yè)廢水，很難適應(yīng)工業(yè)化的生產(chǎn)要求。實(shí)際上YAG在1760°C即開始產(chǎn)生液相，然而我們很難在1800°C左右的溫度下制得 高致密度(>98%)的碳化硅陶瓷關(guān)鍵在于YAG燒結(jié)助劑是否能夠完整地包裹在碳化硅粒 子的周圍，那些沒有被YAG包覆的部分在1800°C左右較低的溫度下在液相缺失的情況下難 以通過自身的熱擴(kuò)散而熔合從而在基體中產(chǎn)生空隙導(dǎo)致致密度的降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有背景技術(shù)提出了一種采用雙組份偶聯(lián)劑鍵合的SiC-Al2O3-Y2O3體 系。該體系能在1800°C的低溫下通過簡單的工藝過程燒結(jié)制備得到相對(duì)致密度超過98% 的致密碳化硅陶瓷。Al2O3和Y2O3作為體系的燒結(jié)助劑，在燒結(jié)溫度(1750°C -ISOO0C )下， Al2O3-Y2O3形成液相YAG，使碳和硅原子能在該較低溫度下加速擴(kuò)散而燒結(jié)。而體系中的偶 聯(lián)劑通過烷氧基的水解在主體SiC表面及助劑A1203、Y2O3表面形成牢固的化學(xué)鍵合，同時(shí) 通過兩種偶聯(lián)劑之間的基團(tuán)反應(yīng)在主體碳化硅表層形成牢固而致密的燒結(jié)助劑包覆層。該 方法能在1800°C較低的溫度下燒結(jié)得到相對(duì)致密度超過98%的致密碳化硅陶瓷，極大地 降低了碳化硅生產(chǎn)過程的能源消耗。如圖1為制備得到的高致密度碳化硅陶瓷電鏡圖片， 從圖中看，晶粒輪廓清晰，致密、沒有明顯的孔隙，晶界周圍有包圍晶粒的薄層包覆物。
這種基于雙組份偶聯(lián)劑低溫?zé)Y(jié)高致密碳化硅陶瓷制備方法，其特征在于將主要 原料95-98wt%碳化硅粉、2-5wt%硅烷偶聯(lián)劑A常溫下在高能球磨機(jī)中混合球磨3_5小時(shí) 得到物料I ；將燒結(jié)助劑30-70Wt%Al203、28-65wt%Y203、2-5wt%鋁酸酯偶聯(lián)劑B在高能球 磨機(jī)中混合球磨4-8小時(shí)得到物料II ；將85-95 丨％物料1、2_10 丨％物料11、3_5 丨％結(jié)合 劑在高能球磨機(jī)中混合球磨5-10小時(shí)后經(jīng)過過篩、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。上述的硅烷偶聯(lián)劑A應(yīng)含有較多的烷氧基團(tuán)并含有1-2個(gè)反應(yīng)性基團(tuán)，烷氧基團(tuán) 通過水解變?yōu)楣枇u基與碳化硅表面的硅羥基通過縮聚反應(yīng)鍵合到主體碳化硅顆粒周圍，而 該反應(yīng)性基團(tuán)則能夠通過反應(yīng)與鋁酸酯偶聯(lián)劑B進(jìn)行鍵合。硅烷偶聯(lián)劑A是Y-氨丙基三 乙氧基硅烷、環(huán)己胺基丙基甲基二甲氧基硅烷、己二胺基甲基三乙氧基硅烷中的一種。偶聯(lián) 劑B選擇了偶聯(lián)活性更強(qiáng)的鋁酸酯偶聯(lián)劑，同樣應(yīng)含有較多的烷氧基團(tuán)并含有1-2個(gè)反應(yīng) 性基團(tuán)，烷氧基團(tuán)通過水解變?yōu)殇X羥基與A1203、Y2O3表面的羥基通過縮聚反應(yīng)鍵合到燒結(jié) 助劑周圍，而該反應(yīng)性基團(tuán)則能夠通過反應(yīng)與硅烷偶聯(lián)劑A進(jìn)行鍵合，從而在碳化硅顆粒 周圍形成完整牢固的燒結(jié)助劑包覆層，從而在較低的溫度< 1800°C下燒結(jié)，降低燒成品的 空隙率，得到高致密度> 98%的碳化硅陶瓷。鋁酸酯偶聯(lián)劑B是二硬脂酰氧異丙氧基鋁酸 酯、異丙基二油酸酰氧基鋁酸酯中的一種。硅烷偶聯(lián)劑A和鋁酸酯偶聯(lián)劑B均能夠在市場(chǎng) 購買到。上述的主體碳化硅粉體和燒結(jié)助劑的顆粒度相差較大；主體碳化硅的顆粒粒徑應(yīng) 在0. 5-5微米之間，A1203、Y2O3燒結(jié)助劑的顆粒尺度在200納米以下，從而有利于在主體碳 化硅粉體表面形成致密、均勻、薄的燒結(jié)助劑包覆層，也有利于用較少的助劑量完成較低溫 度下的燒結(jié)過程。該粒度的原材料均可以在市場(chǎng)上買到，如碳化硅粉體可以向山東濰坊凱 華碳化硅微粉有限公司購買。上述的結(jié)合劑是酚醛樹脂、PVA (聚乙烯醇)中的一種。上述的成型是將前驅(qū)粉體放在圓柱形模具內(nèi)，在高噸位液壓機(jī)中在200_250MPa 的壓力下靜止5分鐘再脫模得到的。上述高溫?zé)Y(jié)是在真空的條件下，在微壓Ar氣(0. 10-0. 13MPa)氣氛保護(hù)下程序 升溫，1300°C以下5-8°C /分鐘，1300°C以上溫度區(qū)間的升溫速率為10_15°C /分鐘。保溫 溫度為1750°C -1800°C，保溫時(shí)間為0. 5-3小時(shí)。十分有益的是硅烷偶聯(lián)劑A在該溫度及 氣氛下裂解成高活性Si-C鍵結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)有助于碳化硅的原子擴(kuò)散。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于采用雙組份偶聯(lián)劑，硅烷偶聯(lián)劑A及鋁酸酯 偶聯(lián)劑B分別通過烷氧基的水解形成的硅羥基或鋁羥基鍵合在主體碳化硅和燒結(jié)助劑表 面，而這兩種偶聯(lián)劑的功能性反應(yīng)基團(tuán)則能互相鍵合把燒結(jié)助劑鍵合包覆到主體碳化硅顆 粒上形成致密均勻燒結(jié)助劑包覆薄層，該薄層有助于在較低的溫度180(TC下燒結(jié)得到高致 密度>98%的碳化硅陶瓷。


圖1為制備得到的高致密度碳化硅陶瓷(> 98% )斷面電鏡照片
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。實(shí)施例1 取97襯％碳化硅粉(平均粒度為0. 5-5微米)、3wt%硅烷偶聯(lián)劑γ-氨 丙基三乙氧基硅烷混合物，在高能球磨機(jī)中(轉(zhuǎn)速為300r/分鐘，球料比為5)研磨3小時(shí) 得到物料I ；將68wt% Al203>27wt% Y203、5wt%鋁酸酯偶聯(lián)劑二硬脂酰氧異丙氧基鋁酸酯 在高能球磨機(jī)中(轉(zhuǎn)速為300r/分鐘，球料比為5)研磨4小時(shí)得到物料II ；將90wt%物料 I、6wt%物料II、4wt% PVA在高能球磨機(jī)中混合球磨6小時(shí)得到燒結(jié)前驅(qū)粉體。將前驅(qū)粉 體在80度下干燥2個(gè)小時(shí)，粉碎、過篩后，裝入圓柱形模具中在230Mpa下靜置5分鐘得到 素坯。將素坯在250°C熱處理20分鐘，除去PVA結(jié)合劑。將素坯放置在真空碳管爐中抽真 空到真空度4-5Pa，轉(zhuǎn)換氬氣到微正壓0. 12MPa。設(shè)定溫度控制器使?fàn)t腔內(nèi)的溫度以5°C / 分鐘上升至1300°C，然后以10°C /分鐘的速度上升到1800°C，在1800°C下保溫1小時(shí)后關(guān) 閉溫度控制器，隨爐自然冷卻到常溫即為相對(duì)密度98. 3%的碳化硅陶瓷燒成體。實(shí)施例2 取98襯％碳化硅粉(平均粒度為0. 5-5微米)、2wt%硅烷偶聯(lián)劑環(huán)己胺 基丙基甲基二甲氧基硅烷混合物，在高能球磨機(jī)中(轉(zhuǎn)速為300r/分鐘，球料比為5)研磨 5小時(shí)得到物料I ；將50wt% Al203>48wt% Y203、2wt%$酸酯偶聯(lián)劑異丙基二油酸酰氧基鋁 酸酯在高能球磨機(jī)中(轉(zhuǎn)速為300r/分鐘，球料比為5)研磨6小時(shí)得到物料II ；將85wt% 物料I、10wt %物料II、5wt% PVA在高能球磨機(jī)中混合球磨9小時(shí)得到燒結(jié)前驅(qū)粉體。將 前驅(qū)粉體在80度下干燥2個(gè)小時(shí)，粉碎、過篩后，裝入圓柱形模具中在230Mpa下靜置5分 鐘得到素坯。將素坯在250°C熱處理20分鐘，除去PVA結(jié)合劑。將素坯放置在真空碳管爐 中抽真空到真空度4-5Pa，轉(zhuǎn)換氬氣到微正壓0. IlMPa0設(shè)定溫度控制器使?fàn)t腔內(nèi)的溫度以 60C /分鐘上升至1300°C，然后以12°C /分鐘的速度上升到1780°C，在1780°C下保溫3小 時(shí)后關(guān)閉溫度控制器，隨爐自然冷卻到常溫即為相對(duì)密度98. 0%的碳化硅陶瓷燒成體。實(shí)施例3 取95襯％碳化硅粉(平均粒度為0. 5-5微米)、5襯％硅烷偶聯(lián)劑己二 胺基甲基三乙氧基硅烷混合物，在高能球磨機(jī)中(轉(zhuǎn)速為300r/分鐘，球料比為5)研磨4 小時(shí)得到物料I ；將35wt% Al203>62wt% Y203、3wt%鋁酸酯偶聯(lián)劑異丙基二油酸酰氧基鋁 酸酯在高能球磨機(jī)中(轉(zhuǎn)速為300r/分鐘，球料比為5)研磨8小時(shí)得到物料II ；將93wt% 物料I、5wt%物料II、2wt% PVA在高能球磨機(jī)中混合球磨10小時(shí)得到燒結(jié)前驅(qū)粉體。將 前驅(qū)粉體在80度下干燥2個(gè)小時(shí)，粉碎、過篩后，裝入圓柱形模具中在230Mpa下靜置5分 鐘得到素坯。將素坯在250°C熱處理20分鐘，除去PVA結(jié)合劑。將素坯放置在真空碳管爐 中抽真空到真空度4-5Pa，轉(zhuǎn)換氬氣到微正壓0. IlMPa0設(shè)定溫度控制器使?fàn)t腔內(nèi)的溫度以 60C /分鐘上升至1300°C，然后以12°C /分鐘的速度上升到1800°C，在1800°C下保溫2. 5 小時(shí)后關(guān)閉溫度控制器，隨爐自然冷卻到常溫即為相對(duì)密度98. 5%的碳化硅陶瓷燒成體。實(shí)施例4 取95襯％碳化硅粉(平均粒度為0. 5-5微米)、5wt%硅烷偶聯(lián)劑γ-氨 丙基三乙氧基硅烷混合物，在高能球磨機(jī)中(轉(zhuǎn)速為300r/分鐘，球料比為5)研磨4小時(shí) 得到物料I ；將37wt% Al203>60wt% Y203、3wt%鋁酸酯偶聯(lián)劑異丙基二油酸酰氧基鋁酸酯 在高能球磨機(jī)中(轉(zhuǎn)速為300r/分鐘，球料比為5)研磨8小時(shí)得到物料II ；將93wt%物料 I、5wt%物料II、2wt% PVA在高能球磨機(jī)中混合球磨10小時(shí)得到燒結(jié)前驅(qū)粉體。將前驅(qū)粉 體在80度下干燥2個(gè)小時(shí)，粉碎、過篩后，裝入圓柱形模具中在230Mpa下靜置5分鐘得到 素坯。將素坯在250°C熱處理20分鐘，除去PVA結(jié)合劑。將素坯放置在真空碳管爐中抽真空到真空度4-5Pa，轉(zhuǎn)換氬氣到微正壓0. IlMPa0設(shè)定溫度控制器使?fàn)t腔內(nèi)的溫度以6°C / 分鐘上升至1300°C，然后以12°C /分鐘的速度上升到1790°C，在1790°C下保溫2. 5小時(shí)后 關(guān)閉溫度控制器，隨爐自然冷卻到常溫即為相對(duì)密度98. 的碳化硅陶瓷燒成體。
實(shí)施例5 取96襯％碳化硅粉(平均粒度為0. 5-5微米)、4wt%硅烷偶聯(lián)劑環(huán)己胺 基丙基甲基二甲氧基硅烷混合物，在高能球磨機(jī)中(轉(zhuǎn)速為300r/分鐘，球料比為5)研磨 4小時(shí)得到物料I ；將38wt% Al203>59wt% Y203、3wt%$酸酯偶聯(lián)劑二硬脂酰氧異丙氧基鋁 酸酯在高能球磨機(jī)中(轉(zhuǎn)速為300r/分鐘，球料比為5)研磨8小時(shí)得到物料II ；將93wt% 物料I、5wt%物料II、2wt%酚醛樹脂在高能球磨機(jī)中混合球磨10小時(shí)得到燒結(jié)前驅(qū)粉體。 將前驅(qū)粉體在80度下干燥2個(gè)小時(shí)，粉碎、過篩后，裝入圓柱形模具中在230Mpa下靜置5 分鐘得到素坯。將素坯在300°C熱處理20分鐘，除去酚醛樹脂結(jié)合劑。將素坯放置在真空 碳管爐中抽真空到真空度4-5Pa，轉(zhuǎn)換氬氣到微正壓0. IlMPa0設(shè)定溫度控制器使?fàn)t腔內(nèi)的 溫度以6°C /分鐘上升至1300°C，然后以12°C /分鐘的速度上升到1800°C，在1800°C下保 溫3小時(shí)后關(guān)閉溫度控制器，隨爐自然冷卻到常溫即為相對(duì)密度98. 6%的碳化硅陶瓷燒成 體。
權(quán)利要求
一種基于硅烷鋁酸酯雙組份偶聯(lián)劑碳化硅陶瓷的制造方法，其特征在于采用了硅烷硅烷鋁酸酯雙組份偶聯(lián)劑鍵合的SiC Al2O3 Y2O3體系，該體系能在1800℃的低溫下通過簡單的工藝過程燒結(jié)制備得到相對(duì)致密度超過98％的致密碳化硅陶瓷，極大地降低了碳化硅生產(chǎn)過程的能源消耗；Al2O3和Y2O3作為體系的燒結(jié)助劑，在燒結(jié)溫度(1750℃ 1800℃)下，Al2O3 Y2O3形成液相YAG，使碳和硅原子能在該較低溫度下加速擴(kuò)散而燒結(jié)；而體系中的雙組份偶聯(lián)劑通過烷氧基的水解在主體SiC表面及助劑Al2O3、Y2O3表面形成牢固的化學(xué)鍵合，同時(shí)通過兩種偶聯(lián)劑之間的基團(tuán)反應(yīng)在主體碳化硅表層形成牢固而致密的燒結(jié)助劑包覆層；將主要原料95 98wt％碳化硅粉、2 5wt％硅烷偶聯(lián)劑A常溫下在高能球磨機(jī)中混合球磨3 5小時(shí)得到物料I；將燒結(jié)助劑30 70wt％Al2O3、28 65wt％Y2O3、2 5wt％鋁酸酯偶聯(lián)劑B在高能球磨機(jī)中混合球磨4 8小時(shí)得到物料II；將85 95wt％物料I、2 10wt％物料II、3 5wt％結(jié)合劑在高能球磨機(jī)中混合球磨5 10小時(shí)后經(jīng)過過篩、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。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于硅烷偶聯(lián)劑A是Y-氨丙基三乙氧基硅烷、 環(huán)己胺基丙基甲基二甲氧基硅烷、己二胺基甲基三乙氧基硅烷中的一種；鋁酸酯偶聯(lián)劑B 是二硬脂酰氧異丙氧基鋁酸酯、異丙基二油酸酰氧基鋁酸酯中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于主體碳化硅的顆粒粒徑應(yīng)在0.5-5微米 之間，A1203、Y2O3燒結(jié)助劑的顆粒尺度在200納米以下，從而有利于在主體碳化硅粉體表面 形成致密、均勻、薄的燒結(jié)助劑包覆層，也有利于用較少的助劑量完成較低溫度下的燒結(jié)過 程。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于結(jié)合劑是酚醛樹脂、PVA(聚乙烯醇)中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于高溫?zé)Y(jié)是在真空的條件下，在微壓Ar氣 (0. 10-0. 13MPa)氣氛保護(hù)下程序升溫，1300°C以下5_8°C /分鐘，1300°C以上溫度區(qū)間的升 溫速率為10-15°C /分鐘，保溫溫度為1750°C -1800°C，保溫時(shí)間為0. 5-3小時(shí)。
全文摘要
一種基于硅烷鋁酸酯雙組份偶聯(lián)劑碳化硅陶瓷的制造方法，其特征在于采用了硅烷鋁酸酯雙組份偶聯(lián)劑鍵合的SiC-Al2O3-Y2O3體系，Al2O3和Y2O3為體系的燒結(jié)助劑，雙組份偶聯(lián)劑通過烷氧基的水解在主體SiC表面及助劑Al2O3、Y2O3表面形成牢固的化學(xué)鍵合，同時(shí)通過兩種偶聯(lián)劑之間的基團(tuán)反應(yīng)在主體碳化硅表層形成牢固而致密的燒結(jié)助劑包覆層；將主要原料碳化硅粉(0.5-5微米)、硅烷偶聯(lián)劑A、鋁酸酯偶聯(lián)劑B、Al2O3、Y2O3(＜200納米)燒結(jié)助劑通過分步高能球磨后經(jīng)過過篩、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。該方法能在1800℃的低溫下通過簡單的工藝過程燒結(jié)制備得到相對(duì)致密度超過98％的致密碳化硅陶瓷，極大地降低了碳化硅生產(chǎn)過程的能源消耗。
文檔編號(hào)C04B35/622GK101928147SQ200910161248
公開日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2009年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月20日
發(fā)明者任元龍, 宋岳, 水淼, 王青春, 舒杰, 黃峰濤 申請(qǐng)人:寧波大學(xué)