本發(fā)明涉及碳陶復合材料的，特別涉及無硅粘附的碳陶復合材料及其制備方法。

背景技術：

1、熔融滲硅是目前產(chǎn)業(yè)化制備碳陶復合材料的主流技術之一，其過程包括使熔融后的硅粉經(jīng)毛細反應進入碳碳復材內(nèi)部，浸潤并與基體碳反應生成sic/c復合材料。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，熔融滲硅制備碳陶復合材料中常出現(xiàn)熔融流動的硅液冷卻后粘附于產(chǎn)品及坩堝表面的情況，導致產(chǎn)品表面和坩堝內(nèi)壁出現(xiàn)硅粘附，產(chǎn)品和坩堝清理和分離困難，影響了產(chǎn)品質量、坩堝使用壽命等，產(chǎn)生了額外的人力成本和輔材消耗。

2、現(xiàn)有技術cn113773094a公開了一種在硅粉表面形成可以破殼的碳化硅/氮化硅薄殼的方案，其可以有效地改善滲硅過程中產(chǎn)生的堵孔和滲硅不均的問題，但該技術方案中，硅粉需要在1400℃高溫預處理后才能使用，對設備的要求較高、能量消耗較大。

技術實現(xiàn)思路

1、為解決上述現(xiàn)有技術問題，本發(fā)明的目的在于提供一種新的碳陶復合材料的制備方法，該方法在室溫下使用有機粘結劑將硅粉表面包裹一層陶瓷隔離粉，顯著改善了滲硅后硅液大面積粘附產(chǎn)品和坩堝的問題，使?jié)B完硅后產(chǎn)品及坩堝表面無明顯粘附、產(chǎn)品與坩堝易分離，同時其操作簡單、成本低、可產(chǎn)業(yè)化大批量生產(chǎn)。

2、本發(fā)明的技術方案如下：

3、一種無硅粘附的碳陶復合材料的制備方法，其包括：

4、于室溫下，將硅粉使用陶瓷隔離材料進行包覆，得到包覆后的硅粉；

5、將所述包覆后的硅粉與高溫處理后的碳碳復合材料進行滲硅反應，獲得無硅粘附的碳陶復合材料；

6、其中，所述包覆通過滾筒研磨實現(xiàn)；所述陶瓷隔離材料的原料組分包括粉料和溶劑，其中，所述粉料包括：10-40質量份的碳單質粉末、10-40質量份的陶瓷粉末和30-50質量份的有機粘結劑粉末，所述溶劑的質量為所述粉料的質量的150-200%。

7、本發(fā)明的以上技術方案，可將碳單質粉末、陶瓷粉末、有機粘結劑粉末和溶劑制備成包覆漿料，其中，有機粘結劑將陶瓷粉和碳粉包裹在金屬硅粉周圍，在升溫過程中，有機粘結劑逐漸碳化，與包覆的陶瓷和碳粉一起在金屬硅表面形成一層疏松隔離外殼，該疏松隔離外殼在金屬硅粉熔融后，在金屬硅粉間形成空間位阻，使得滲硅后的殘余硅液難以大面積致密粘附和團聚。

8、優(yōu)選的，所述硅粉的質量為所述陶瓷隔離材料質量的8-30倍。

9、更優(yōu)選的，所述硅粉的質量為所述陶瓷隔離材料質量的8-10倍。

10、優(yōu)選的，所述硅粉的純度≥98%、粒徑≥40目。

11、優(yōu)選的，所述碳單質粉末為粒徑d50≤30μm的碳粉。

12、優(yōu)選的，所述陶瓷粉末選自粒徑d50≤30μm的氮化硼粉、碳化硅粉、氮化硅粉、二氧化硅粉中的一種或多種。

13、優(yōu)選的，所述有機粘結劑粉末為有機粘結樹脂的粉末，所述有機粘結樹脂選自酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、呋喃樹脂、聚乙烯醇縮丁醛、聚乙烯醇中的一種或多種。

14、優(yōu)選的，所述溶劑為無水乙醇或水。

15、優(yōu)選的，所述陶瓷隔離材料的制備包括：將所述粉料與所述溶劑進行濕法球磨，其中，球料比為5-7:1。

16、優(yōu)選的，所述滲硅反應的處理過程包括：將高溫處理后的碳碳復合材料與所述包覆后的硅粉或預熱后的所述包覆后的硅粉緩慢升溫至1450-1700℃并保溫。

17、優(yōu)選的，所述制備方法具體包括：

18、將所述粉料與所述溶劑進行濕法球磨，得到隔離漿料；其中，球料比為5-7:1，所用球子為直徑5mm的氧化鋯球子；

19、將所述硅粉加入所述隔離漿料中，進行滾筒研磨，其后烘干，得到所述包覆后的硅粉；

20、將所述包覆后的硅粉與高溫處理后的碳碳復合材料緩慢升溫至600-900℃，保溫1-2h后，繼續(xù)升溫至1500-1700℃并保溫2-4h，得到所述無硅粘附的碳陶復合材料。

21、優(yōu)選的，所述緩慢升溫的速率為0.5-1℃/min。

22、或，優(yōu)選的，所述制備方法具體包括：

23、將所述粉料與所述溶劑進行濕法球磨，得到隔離漿料；其中，球料比為5-7:1，所用球子為直徑5mm的氧化鋯球子；

24、將所述硅粉加入所述隔離漿料中，進行滾筒研磨，其后烘干，得到所述包覆后的硅粉；

25、將所述包覆后的硅粉在真空或惰性氛圍下緩慢升溫至400-600℃，保溫1-2h后冷卻，得到預熱的包覆后的硅粉；

26、優(yōu)選的，所述緩慢升溫的速率為0.5-1℃/min。

27、將所述預熱的包覆后的硅粉與高溫處理后的碳碳復合材料升溫至1500-1700℃并保溫2-4h，得到所述無硅粘附的碳陶復合材料。

28、本發(fā)明進一步提供了根據(jù)上述制備方法制備得到的無硅液大面積粘附的碳陶復合材料，該復合材料在滲硅結束后，與坩堝易分離，坩堝內(nèi)剩余硅渣呈蓬松顆粒狀易清理。

技術特征：

1.一種無硅粘附的碳陶復合材料的制備方法，其特征在于：其包括：

2.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述硅粉與所述陶瓷隔離材料的質量比為8-10:1。

3.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述有機粘結劑粉末為有機粘結樹脂的粉末，所述有機粘結樹脂選自酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、呋喃樹脂、聚乙烯醇縮丁醛、聚乙烯醇中的一種或多種。

4.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述硅粉的純度≥98%、粒徑≥40目。

5.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述陶瓷隔離材料的制備包括：將所述粉料與所述溶劑進行濕法球磨，其中，球料比為5-7:1。

6.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述滲硅反應的過程包括：將高溫處理后的碳碳復合材料與所述包覆后的硅粉或預熱后的所述包覆后的硅粉緩慢升溫至1450-1700℃并保溫。

7.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，其具體包括：

8.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，其具體包括：

9.根據(jù)權利要求6-8中任一項所述的制備方法，其特征在于，所述緩慢升溫的升溫速率為0.5-1℃/min。

10.根據(jù)權利要求1-9中任一項所述的制備方法制備得到的無硅粘附的碳陶復合材料。

技術總結
本發(fā)明公開了一種無硅粘附的碳陶復合材料及其制備方法，屬于碳陶復合材料的技術領域。所述制備方法包括：于室溫下，通過滾筒研磨將硅粉使用陶瓷隔離材料進行包覆，將包覆后的硅粉與高溫處理后的碳碳復合材料進行滲硅反應；其中，陶瓷隔離材料包括碳單質粉末、陶瓷粉末、有機粘結劑粉末和溶劑。本發(fā)明的制備方法操作簡單，質量穩(wěn)定，適合單面、雙面、包埋等多種滲硅處理，適合大批量生產(chǎn)，所得碳陶復合材料表面干凈、無明顯硅粘附。

技術研發(fā)人員：劉琦,陳中武,王凡非,楊冬梅
受保護的技術使用者：成都方大炭炭復合材料股份有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/19