一種高導(dǎo)熱碳化硅陶瓷材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高導(dǎo)熱碳化硅陶瓷材料及其制備方法，屬于陶瓷生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]碳化硅陶瓷因?yàn)槠渚哂辛己玫母邷貙?dǎo)熱性、化學(xué)穩(wěn)定性、耐氧化性以及優(yōu)越的機(jī)械性能，所以使其在生物材料、輕質(zhì)高強(qiáng)度材料、高溫催化等領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。陶瓷材料的高導(dǎo)熱性具有非常高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值。對(duì)于高頻、高效的集成電路，減少散熱和電力消耗中有較大的作用。單純的碳化硅陶瓷雖然具有優(yōu)良的高溫性能，但由于其脆性和抗沖擊載荷的能力較弱，以及機(jī)械加工困難等不足之處，使其應(yīng)用范圍受到限制。氮化硅和碳化硅都具有比重小、耐磨性強(qiáng)、耐化學(xué)腐蝕性優(yōu)良的特點(diǎn)，在高溫下具有很高的強(qiáng)度，碳化硅的燒結(jié)溫度為2000-2200° C，氮化硅的燒結(jié)溫度是1700-1800° C，當(dāng)加熱到1000° C時(shí)氮化硅的強(qiáng)度高于碳化硅，在常溫下碳化硅的熱傳導(dǎo)率是氮化硅的幾倍，氮化硅具有極好的絕緣性能，碳化硅具有導(dǎo)電性能，基于兩種材料的特點(diǎn)，在碳化硅中添加氮化硅制成混合陶瓷基材料，能夠提高碳化硅陶瓷的性能，提高導(dǎo)熱性，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種高導(dǎo)熱碳化硅陶瓷材料及其制備方法。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明通過(guò)以下方案實(shí)施:
一種高導(dǎo)熱碳化硅陶瓷材料及其制備方法，由下列重量份的原料制成:碳化硅70-80、氮化硅9-12、不銹鋼粉末4-6、鈦粉6-8、聚合氯化鋁2-3、硅烷偶聯(lián)劑KH-5701-2、冰晶石粉4-5、石英3-4、燒結(jié)助劑2-4、去尚子水80-100 ；
所述燒結(jié)助劑是由下列重量份的原料制成:氧化鋁3-5、氧化釔1-2、氯化銨2-3、硝酸銥5-7、碳納米顆粒4-6、粘土粉4-5、二甲基硅油1-2、液體石蠟2-4、硅烷偶聯(lián)劑KH-5501-2、人造金剛石粉末2-4、醋酸乙烯樹脂2_3、磷酸三甲酚酯1_2、純化水3_5 ;制備方法是將氧化鋁、氧化釔、硝酸銥、碳納米顆粒和人造金剛石粉末混合加到混料機(jī)中，加入醋酸乙烯樹脂和純化水進(jìn)行濕法混合，2-3小時(shí)后將混合好的漿料加到膠磨機(jī)中研磨過(guò)100-200目篩，加熱干燥除去水分，再加入其余剩余的成分?jǐn)嚢杈鶆?，將所得的物料輸入噴霧造粒塔中制成顆粒即可。
[0005]本發(fā)明所述一種高導(dǎo)熱碳化硅陶瓷材料及其制備方法，由以下具體步驟制成:
(1)將碳化硅、氮化硅、不銹鋼粉末、鈦粉、錳粉、石英和去離子水加到球磨罐中，球料比3: 1，球磨3-5小時(shí)后加入硅烷偶聯(lián)劑KH-570攪拌均勻后過(guò)200-300目篩，再轉(zhuǎn)移到噴霧造粒機(jī)中制成顆粒備用；
(2)將除燒結(jié)助劑之外其余剩余的成分混合，以3-5°C/min的速度邊攪拌邊加熱，力口熱至50-70° C時(shí)保溫20-30分鐘，再將該混合物通過(guò)噴涂法噴涂到步驟(I)中的顆粒上，干燥后與燒結(jié)助劑混合均勻；
(3)將步驟(2)得到的物料送入模具中采用160-200MPa干壓成型得素胚，再將該素胚放入真空高溫?zé)Y(jié)爐中在氬氣的保護(hù)下進(jìn)行燒結(jié),燒結(jié)溫度為1750-1900° C，保溫3-5小時(shí)后緩慢降溫到1600-1450° C，隨爐冷卻即得。
[0006]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:本發(fā)明添加的不銹鋼粉末增加了陶瓷的燒結(jié)致密度，降低了燒結(jié)溫度，節(jié)約了資源，添加的氮化硅提高了陶瓷的硬度、導(dǎo)熱性和絕緣性能，添加的燒結(jié)助劑提高了陶瓷的燒結(jié)性能，增加燒結(jié)密度，延長(zhǎng)陶瓷的使用年限。
[0007]具體實(shí)施方案
下面通過(guò)具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0008]一種高導(dǎo)熱碳化硅陶瓷材料及其制備方法，由下列重量份(公斤)的原料制成??碳化硅70、氮化硅11、不銹鋼粉末6、鈦粉6、聚合氯化鋁3、硅烷偶聯(lián)劑KH-5702、冰晶石粉5、石英4、燒結(jié)助劑3、去尚子水85 ；
所述燒結(jié)助劑是由下列重量份(公斤)的原料制成:氧化鋁5、氧化釔2、氯化銨2、硝酸銥6、碳納米顆粒5、粘土粉4、二甲基硅油2、液體石蠟3、硅烷偶聯(lián)劑KH-5501、人造金剛石粉末3、醋酸乙烯樹脂2、磷酸三甲酚酯1、純化水5 ;制備方法是將氧化鋁、氧化釔、硝酸銥、碳納米顆粒和人造金剛石粉末混合加到混料機(jī)中，加入醋酸乙烯樹脂和純化水進(jìn)行濕法混合，3小時(shí)后將混合好的漿料加到膠磨機(jī)中研磨過(guò)200目篩，加熱干燥除去水分，再加入其余剩余的成分?jǐn)嚢杈鶆?，將所得的物料輸入噴霧造粒塔中制成顆粒即可。
[0009]本發(fā)明所述一種高導(dǎo)熱碳化硅陶瓷材料及其制備方法，由以下具體步驟制成:
(1)將碳化硅、氮化硅、不銹鋼粉末、鈦粉、錳粉、石英和去離子水加到球磨罐中，球料比3: 1，球磨5小時(shí)后加入硅烷偶聯(lián)劑KH-570攪拌均勻后過(guò)300目篩，再轉(zhuǎn)移到噴霧造粒機(jī)中制成顆粒備用；
(2)將除燒結(jié)助劑之外其余剩余的成分混合，以5°C/min的速度邊攪拌邊加熱，加熱至70° C時(shí)保溫20分鐘，再將該混合物通過(guò)噴涂法噴涂到步驟(I)中的顆粒上，干燥后與燒結(jié)助劑混合均勻；
(3)將步驟(2)得到的物料送入模具中采用170MPa干壓成型得素胚，再將該素胚放入真空高溫?zé)Y(jié)爐中在氬氣的保護(hù)下進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1850° C，保溫4小時(shí)后緩慢降溫到1450° C，隨爐冷卻即得。
[0010]本實(shí)施例中陶瓷的性能指標(biāo)結(jié)果如下:
耐堿性實(shí)驗(yàn):不溶于任何強(qiáng)堿；
耐酸性試驗(yàn):不溶于任何強(qiáng)酸；
硬度(GPa):33.4 ；
彈性模量(GPa):370 ；
抗折強(qiáng)度(MPa):183 ；
斷裂韌性(Mpa/m1/2):4.54 ；
熱膨脹系數(shù)(10_5/K):2.2 ；
熱傳導(dǎo)率(W/mK):113。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高導(dǎo)熱碳化硅陶瓷材料及其制備方法，其特征在于，由下列重量份的原料制成:碳化娃70-80、氣化娃9_12、不鎊鋼粉末4_6、欽粉6_8、聚合氣化招2_3、娃燒偶聯(lián)劑KH-5701-2、冰晶石粉4_5、石英3_4、燒結(jié)助劑2_4、去尚子水80-100 ； 所述燒結(jié)助劑是由下列重量份的原料制成:氧化鋁3-5、氧化釔1-2、氯化銨2-3、硝酸銥5-7、碳納米顆粒4-6、粘土粉4-5、二甲基硅油1-2、液體石蠟2-4、硅烷偶聯(lián)劑KH-5501-2、人造金剛石粉末2-4、醋酸乙烯樹脂2_3、磷酸三甲酚酯1_2、純化水3_5 ;制備方法是將氧化鋁、氧化釔、硝酸銥、碳納米顆粒和人造金剛石粉末混合加到混料機(jī)中，加入醋酸乙烯樹脂和純化水進(jìn)行濕法混合，2-3小時(shí)后將混合好的漿料加到膠磨機(jī)中研磨過(guò)100-200目篩，加熱干燥除去水分，再加入其余剩余的成分?jǐn)嚢杈鶆颍瑢⑺玫奈锪陷斎雵婌F造粒塔中制成顆粒即可。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高導(dǎo)熱碳化硅陶瓷材料及其制備方法，其特征在于，由以下具體步驟制成: (1)將碳化硅、氮化硅、不銹鋼粉末、鈦粉、錳粉、石英和去離子水加到球磨罐中，球料比3: 1，球磨3-5小時(shí)后加入硅烷偶聯(lián)劑KH-570攪拌均勻后過(guò)200-300目篩，再轉(zhuǎn)移到噴霧造粒機(jī)中制成顆粒備用； (2)將除燒結(jié)助劑之外其余剩余的成分混合，以3-5°C/min的速度邊攪拌邊加熱，力口熱至50-70° C時(shí)保溫20-30分鐘，再將該混合物通過(guò)噴涂法噴涂到步驟(I)中的顆粒上，干燥后與燒結(jié)助劑混合均勻； (3)將步驟(2)得到的物料送入模具中采用160-200MPa干壓成型得素胚，再將該素胚放入真空高溫?zé)Y(jié)爐中在氬氣的保護(hù)下進(jìn)行燒結(jié),燒結(jié)溫度為1750-1900° C，保溫3-5小時(shí)后緩慢降溫到1600-1450° C，隨爐冷卻即得。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高導(dǎo)熱碳化硅陶瓷材料及其制備方法，其特征在于，由下列重量份的原料制成：碳化硅70-80、氮化硅9-12、不銹鋼粉末4-6、鈦粉6-8、聚合氯化鋁2-3、硅烷偶聯(lián)劑KH-5701-2、冰晶石粉4-5、石英3-4、燒結(jié)助劑2-4、去離子水80-100；本發(fā)明添加的不銹鋼粉末增加了陶瓷的燒結(jié)致密度，降低了燒結(jié)溫度，節(jié)約了資源，添加的氮化硅提高了陶瓷的硬度、導(dǎo)熱性和絕緣性能，添加的燒結(jié)助劑提高了陶瓷的燒結(jié)性能，增加燒結(jié)密度，延長(zhǎng)陶瓷的使用年限。
【IPC分類】C04B35-64, C04B35-622, C04B35-565
【公開號(hào)】CN104628388
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510042604
【發(fā)明人】夏云
【申請(qǐng)人】安徽省和翰光電科技有限公司
【公開日】2015年5月20日
【申請(qǐng)日】2015年1月28日