一種高韌性碳化硅陶瓷及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高韌性碳化硅陶瓷及其制備方法，屬于陶瓷生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]陶瓷材料的分子排列和化學(xué)鍵性質(zhì)，決定了陶瓷材料中的晶粒位錯(cuò)密度低、 滑移系統(tǒng)少、裂紋的成核和生長(zhǎng)的能量小，從而決定了陶瓷材料的脆性本質(zhì)。脆性和低可靠性嚴(yán)重限制了陶瓷材料的應(yīng)用范圍。只有改善陶瓷的斷裂韌性，實(shí)現(xiàn)材料強(qiáng)韌化，提高其可靠性和使用壽命，才能使陶瓷材料真正得到廣泛應(yīng)用，因此，陶瓷增韌技術(shù)一直是陶瓷研究的熱點(diǎn)。增韌的本質(zhì)就是要在材料中引進(jìn)吸收斷裂能量的機(jī)制，降低裂紋擴(kuò)展的動(dòng)力，增加裂紋擴(kuò)展的阻力。目前所采用的增韌手段均是設(shè)法增加斷裂過(guò)程中消耗的能量，同時(shí)增加斷裂面的粗糙度。本發(fā)明通過(guò)添加納米氧化鋯和金屬粉改善陶瓷晶粒的形狀、品界特性，消耗斷裂能，從而提高韌性起到了很好的效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種高韌性碳化硅陶瓷及其制備方法。
[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:
一種高韌性碳化硅陶瓷及其制備方法，由下列重量份的原料制成:碳化硅70-80、不銹鋼粉末8-13、鈦粉2-4、納米氧化鋯4-8、聚乙烯醇1-3、鈹粉3_6、聚磷酸銨1_2、硅烷偶聯(lián)劑KH-5801-2、石墨3-4、木質(zhì)素磺酸鈉2_3、燒結(jié)助劑2_3、去離子水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(shù)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(shù)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)明所述一種高韌性碳化硅陶瓷及其制備方法，由以下具體步驟制成:
(1)將碳化硅、不銹鋼粉末、鈦粉、鈹粉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-580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，添加納米氧化鋯和金屬粉改善陶瓷晶粒的形狀、品界特性，消耗斷裂能，從而提高了陶瓷韌性。
[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]一種高韌性碳化硅陶瓷及其制備方法，由下列重量份(公斤)的原料制成:碳化硅76、不銹鋼粉末9、鈦粉3、納米氧化鋯7、聚乙烯醇3、鈹粉5、聚磷酸銨2、硅烷偶聯(lián)劑KH-5802、石墨3、木質(zhì)素磺酸鈉2、燒結(jié)助劑3、去離子水86 ；
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(shù)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(shù)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)明所述一種高韌性碳化硅陶瓷及其制備方法，由以下具體步驟制成:
(1)將碳化硅、不銹鋼粉末、鈦粉、鈹粉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-580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ISOMPa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1900° C，保溫4小時(shí)后緩慢降溫到1500° 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):400 ；
抗折強(qiáng)度(MPa):179 ;
斷裂韌性(Mpa/m1/2):4.28 ；
熱膨脹系數(shù)(10_5/K):2.3 ；
熱傳導(dǎo)率(W/mK):98。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高韌性碳化硅陶瓷及其制備方法，其特征在于，由下列重量份的原料制成:碳化硅70-80、不銹鋼粉末8-13、鈦粉2-4、納米氧化鋯4_8、聚乙烯醇1_3、鈹粉3_6、聚磷酸銨1-2、硅烷偶聯(lián)劑KH-5801-2、石墨3_4、木質(zhì)素磺酸鈉2_3、燒結(jié)助劑2_3、去離子水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(shù)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(shù)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所述一種高韌性碳化硅陶瓷及其制備方法，其特征在于，由以下具體步驟制成: (1)將碳化硅、不銹鋼粉末、鈦粉、鈹粉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-580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(kāi)了一種高韌性碳化硅陶瓷及其制備方法，其特征在于，由下列重量份的原料制成：碳化硅70-80、不銹鋼粉末8-13、鈦粉2-4、納米氧化鋯4-8、聚乙烯醇1-3、鈹粉3-6、聚磷酸銨1-2、硅烷偶聯(lián)劑KH-5801-2、石墨3-4、木質(zhì)素磺酸鈉2-3、燒結(jié)助劑2-3、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，添加納米氧化鋯和金屬粉改善陶瓷晶粒的形狀、品界特性，消耗斷裂能，從而提高了陶瓷韌性。
【IPC分類】C04B35-565, C04B35-63
【公開(kāi)號(hào)】CN104671792
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510042651
【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(kāi)日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2015年1月28日