CN101007738A - 三元掺杂碳陶瓷复合材料及其制备方法 - Google Patents

三元掺杂碳陶瓷复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供的是一种三元掺杂碳陶瓷复合材料及其制备方法。按照重量百分比为碳石墨粉料85％、B4C3.1－5.8％、SiC4.2－6.9％和Cr5％的比例将各原料混合均匀，将混合均匀的粉体置于氩气气氛保护下的烧结炉中，在1900℃进行热处理，得到三元掺杂的碳陶瓷复合材料。采用本发明的方法制备的三元掺杂碳陶瓷复合材料具有机械强度高、耐高温、耐腐蚀、耐磨损性好、抗氧化、抗渣、抗热震能力强的特点，并且是一种具备良好导电导热性、可机械加工性和自润滑能力的新型高性能工程材料。

Description

三元掺杂碳陶瓷复合材料及其制备方法
一、技术领域
本发明涉及的是一种复合材料，具体地说是一种碳陶瓷复合材料。本发明还涉及一种碳陶瓷复合材料的制备方法。
二、背景技术
将碳素材料和陶瓷材料结合起来制成新型碳/陶复合材料，可望发挥这两类材料性能互补的优势，制备出机械强度高、耐高温、耐腐蚀、耐磨损性好、抗氧化、抗渣、抗热震能力强，并具备良好导电导热性、可机械加工性和自润滑能力的新型高性能工程材料，从而得到广泛应用。
碳陶瓷复合材料有关研究中，往往向碳基体中引入各种添加剂以改善材料的性能。从目前国内外碳石墨/碳陶瓷技术发展来看，碳陶瓷复合材料的研究工作多数集中在材料组成、工艺、性能的研究上，而系统研究材料组成、制备工艺、宏观性能和微观结构关系的很少，碳陶瓷复合材料的性能预报体系还没有形成，致使材料的研制和生产成本高，性能不稳定，难以满足国防装备及民用市场的需求。因此，开展多元碳陶瓷复合材料的研究具有十分重要的理论意义和非常广泛的应用前景。
三、发明内容
本发明的目的在于提供一种具有机械强度高、耐高温、耐腐蚀、耐磨损性好、抗氧化、抗渣、抗热震能力强，并且具备良好导电导热性、可机械加工性和自润滑能力的三元掺杂碳陶瓷复合材料。本发明的目的还在于提供一种三元掺杂碳陶瓷复合材料的制备方法。
本发明的目的是这样实现的：它由重量百分比为碳石墨粉料85％、B4C3.1-5.8％、SiC4.2-6.9％和Cr5％制成。
本发明的产品是采用这样的方法来制作的：按照重量百分比为碳石墨粉料85％、B4C3.1-5.8％、SiC4.2-6.9％和Cr5％的比例将各原料混合均匀，将混合均匀的粉体置于氩气气氛保护下的烧结炉中，在1900℃进行热处理，得到三元掺杂的碳陶瓷复合材料。
XRD结果分析认为经过本发明的方法发生了以下的反应：
3C+2Cr→Cr2C3
B4C+4O2→2B2O3+CO2
从碳化硼B4C、碳化硅SiC、铬Cr三元掺杂体系的宏观性能来开看，其抗压强度达164MPa，抗折强度达42.5MPa，体积密度1.94g/cm3，气孔率1.86％。这是由于在碳化硼B4C、碳化硅SiC、铬Cr三元掺杂体系中铬及碳化硼对碳材料的石墨化具有良好的催化作用。当这些组元掺入碳材料基体之中，高温下，掺杂组元与碳基体生成液相，它对基体由无序碳转向完善的再结晶过程具有促进作用。硼在石墨材料中可溶于石墨晶格之中形成固溶体，固溶体的存在使材料中颗粒间连接加强，从而使材料的抗弯强度有很大的提高。
本发明选择Cr、B4C、SiC为掺杂物质，进行三元掺杂。在工艺上充分考虑碳陶瓷复合材料的特点。采用本发明的方法制备的三元掺杂碳陶瓷复合材料具有机械强度高、耐高温、耐腐蚀、耐磨损性好、抗氧化、抗渣、抗热震能力强的特点，并且是一种具备良好导电导热性、可机械加工性和自润滑能力的新型高性能工程材料。
四、具体实施方式
下面结合附图举例对本发明作更详细的描述：
实施方式一，按照重量百分比为碳石墨粉料85％、B4C3.1％、SiC6.9％和Cr5％的比例将各原料混合均匀，将混合均匀的粉体置于氩气气氛保护下的烧结炉中，在1900℃进行热处理，得到三元掺杂的碳陶瓷复合材料。
实施方式二，按照重量百分比为碳石墨粉料85％、B4C5.8％、SiC4.2％和Cr5％的比例将各原料混合均匀，将混合均匀的粉体置于氩气气氛保护下的烧结炉中，在1900℃进行热处理，得到三元掺杂的碳陶瓷复合材料。
实施方式三，将2550克碳石墨粉料、94克B4C、206克SiC、150克Cr混合均匀，放入热压烧结炉中热处理，在1900℃，30-50MPa压力下，得到抗压强度达148MPa，抗折强度达38.6MPa，体积密度1.73g/cm3，气孔率2.54％的碳陶瓷复合材料。
实施方式四，将2550克碳石墨粉料、174克B4C、126克SiC、150克Cr混合均匀，放入热压烧结炉中热处理，在1900℃，30-50MPa压力下，得到抗压强度达164MPa，抗折强度达42.5MPa，体积密度1.94g/cm3，气孔率1.86％的碳陶瓷复合材料。

Claims (4)

1、一种三元掺杂碳陶瓷复合材料，其特征是：它由重量百分比为碳石墨粉料85％、B4C3.1-5.8％、SiC4.2-6.9％和Cr5％制成。
2、根据权利要求1所述的三元掺杂碳陶瓷复合材料，其特征是：它由重量百分比为碳石墨粉料85％、B4C3.1、SiC6.9％和Cr5％制成。
3、根据权利要求1所述的三元掺杂碳陶瓷复合材料，其特征是：它由重量百分比为碳石墨粉料85％、B4C5.8％、SiC4.2％和Cr5％制成。
4、一种三元掺杂碳陶瓷复合材料的制备方法，其特征是：按照重量百分比为碳石墨粉料85％、B4C3.1-5.8％、SiC4.2-6.9％和Cr5％的比例将各原料混合均匀，将混合均匀的粉体置于氩气气氛保护下的烧结炉中，在1900℃进行热处理，得到三元掺杂的碳陶瓷复合材料。
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CN103979930A (zh) * 2014-05-09 2014-08-13 湛江市聚鑫新能源有限公司 一种高导热石墨材料及其制备方法和应用

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