CN102745994A

CN102745994A - 一种碳化硅-碳复合材料及其制备方法

Info

Publication number: CN102745994A
Application number: CN2012102602124A
Authority: CN
Inventors: 魏耀武; 许兴堂; 马列鹰; 吴斌; 王落霞; 李雪
Original assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Current assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Priority date: 2012-07-26
Filing date: 2012-07-26
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2032-07-26
Also published as: CN102745994B

Abstract

本发明涉及一种碳化硅-碳复合材料及其制备方法。其技术方案是：先将50~90wt%的石墨、5~40wt%的高硅氧玻璃和1~10wt%的酚醛树脂搅拌混合，混合时间为2~30分钟，压制成型，自然干燥24小时；再于110~300℃条件下热处理8~24小时，然后在1300~1700℃条件下于还原气氛中保温1~12小时，自然冷却，最后破碎成粒度小于10mm的颗粒和粉体。本发明制备工艺简单，成本相对低廉；所制备的碳化硅-碳复合材料不仅具有良好的导热性能和导电性能，且具有优良的抗熔体侵蚀性能和抗渗透性能。

Description

一种碳化硅-碳复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于无机非金属材料技术领域。尤其涉及一种碳化硅-碳复合材料及其制备方法。

背景技术

非氧化物复合材料是高温工业用材料发展的重要方向之一。其中，碳化硅-碳复合材料结合了碳化硅和石墨的优点，具有优异的高温力学性能、抗氧化性能、热震稳定性能、高比强度、高比模量和非脆性断裂特征。该类复合材料将在航空、航天、新能源、冶金等方面具有广阔的应用前景。

目前制备SiC-C类材料的方法包括：化学气相渗透法、热压法、前驱体浸渍裂解法及液相或气相渗硅法等。这些方法虽然可以制备出SiC-C类材料，但是对设备及树脂要求苛刻，生产成本很高，普通企业难以承担，大规模推广存在一定的困难。

发明内容

本发明旨在克服现有技术不足，目的是提供一种工艺简单和成本相对低廉的碳化硅-碳复合材料的制备方法，用该方法制备的碳化硅-碳复合材料具有优异的高温力学性能、抗氧化性能、热震稳定性能、高比强度、高比模量和非脆性断的裂特点。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：先将50~90wt%的石墨、5~40wt%的高硅氧玻璃和1~10wt%的酚醛树脂搅拌混合，混合时间为2~30分钟，压制成型，自然干燥24小时；再于110~300℃条件下热处理8~24小时，然后在1300~1700℃条件下于还原气氛中保温1~12小时，自然冷却，最后破碎成粒度小于10mm的颗粒或粉体。

所述高硅氧玻璃中：SiO₂含量≥94wt%，B₂O₃含量≥1wt%；高硅氧玻璃的粒径为3~200μm。

所述石墨的粒径为3~500μm，石墨中的C含量≥90%。

所述酚醛树脂为液态或为固体粉末；其中：固体粉末粒径为40~200μm，酚醛树脂的残碳率>40%。

由于采用上述技术方案，本发明对预混合的原材料进行高温处理。其中的高硅氧玻璃在高温下变为熔体，包裹在石墨表面并和石墨发生液相反应，由于配料中石墨过量，在高硅氧玻璃和石墨接触处生成碳化硅，进而形成碳化硅-碳复合材料。

本发明采用预混合、反应和再粉碎的工艺，即反应制备方法，避免了因机械混合难以达到材料各成分均一和性质稳定的不足，可在反应合成碳化硅-碳材料的基础上同时获得结构均一和性能稳定的SiC-C粉体材料，所制备的碳化硅-碳复合材料具有优异的高温力学性能、抗氧化性能、热震稳定性能、高比强度、高比模量和非脆性断裂特征。

本发明主要采用细小颗粒和粉料混合后经反应和再粉碎工艺，生产工艺简单，成本相对低廉，具备大规模推广的潜力。由于SiC-C材料具有一系列优异的性能，不仅可以单独用来制备高级的高温材料也可以作为其它高温材料生产用的粉体，从而提升高温材料的抗熔体、粉尘、烟气等的侵蚀、渗透性能和热震稳定性能。故该类复合材料将在航空、航天、新能源、冶金等方面具有广阔的应用前景。

因此，本发明制备工艺简单，成本相对低廉；所制备的碳化硅-碳复合材料不仅具有良好性能的导热和导电性能，且具有优良的抗熔体侵蚀性能和抗渗透性能，还具有优异的高温力学性能、抗氧化性能、热震稳定性能、高比强度、高比模量和非脆性断裂特点。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述，并非对其保护范围的限制。

为避免重复，现将本具体实施方式所涉及的技术参数统一描述如下，实施例中不再赘述：

高硅氧玻璃的粒径为3~200μm；高硅氧玻璃中：SiO₂含量≥94wt%，B₂O₃含量≥wt1%。

石墨的粒径为3~500μm，石墨中的C含量≥90wt%。

酚醛树脂为液态或为固体粉末；其中：固体粉末粒径为40~200μm；酚醛树脂的残碳率>40%。

实施例1

一种碳化硅-碳复合材料及其制备方法。先将50~60wt%的石墨、35~40wt%的高硅氧玻璃和5~10wt%的酚醛树脂搅拌混合，混合时间为2~30分钟，压制成型，自然干燥24小时；再于110~150℃条件下热处理8~12小时，然后在1300~1400℃条件下埋碳气氛中保温3~5小时，自然冷却，最后破碎成粒度小于10mm的颗粒或粉体。

实施例2

一种碳化硅-碳复合材料及其制备方法。先将60~70wt%的石墨、25~35wt%的高硅氧玻璃和3~5wt%的酚醛树脂搅拌混合，混合时间为2~30分钟，压制成型，自然干燥24小时；再于150~200℃条件下热处理12~15小时，然后在1400~1500℃条件下于CO气氛中保温5~8小时，自然冷却，最后破碎成粒度小于10mm的颗粒或粉体。

实施例3

一种碳化硅-碳复合材料及其制备方法。先将70~80wt%的石墨、15~20wt%的高硅氧玻璃和3~10wt%的酚醛树脂搅拌混合，混合时间为2~30分钟，压制成型，自然干燥24小时；再于200℃~250℃条件下热处理15~20小时，然后在1500~1600℃条件下于碳管炉中保温5~8小时，自然冷却，最后破碎成粒度小于10mm的颗粒或粉体。

实施例4

一种碳化硅-碳复合材料及其制备方法。先将80~85wt%的石墨、10~15wt%的高硅氧玻璃、和1~5wt%的酚醛树脂搅拌混合，混合时间为2~30分钟，压制成型，自然干燥24小时；再于250~300℃条件下热处理20~24小时，然后在1600~1700℃条件下于埋碳气氛中保温8~12小时，自然冷却，最后破碎成粒度小于10mm的颗粒或粉体。

实施例5

一种碳化硅-碳复合材料及其制备方法。先将85~90wt%的石墨、5~10wt%的高硅氧玻璃和1~5wt%的酚醛树脂搅拌混合，混合时间为2~30分钟，压制成型，自然干燥24小时；再于110~150℃条件下热处理8~12小时，然后在1300~1400℃条件下于埋碳气氛中保温1~3小时，自然冷却，最后破碎成粒度小于10mm的颗粒或粉体。

实施例6

一种碳化硅-碳复合材料及其制备方法。先将80~85wt%的石墨、10~15wt%的高硅氧玻璃和1~5wt%的酚醛树脂搅拌混合，混合时间为2~30分钟，压制成型，自然干燥24小时；再于150~200℃条件下热处理12~15小时，然后在1400~1500℃条件下于CO气氛中保温3~5小时，自然冷却，最后破碎成粒度小于10mm的颗粒或粉体。

实施例7

一种碳化硅-碳复合材料及其制备方法。先将60~70wt%的石墨、25~35wt%的高硅氧玻璃和3~5wt%的酚醛树脂搅拌混合，混合时间为2~30分钟，压制成型，自然干燥24小时；再于200~250℃条件下热处理15~20小时，然后在1600~1700℃条件下于碳管炉中保温5~8小时，自然冷却，最后破碎成粒度小于10mm的颗粒或粉体。

实施例8

一种碳化硅-碳复合材料及其制备方法。先将65~75wt%的石墨、20~25wt%的高硅氧玻璃和5~10wt%的酚醛树脂搅拌混合，混合时间为2~30分钟，压制成型，自然干燥24小时；再于200~250℃条件下热处理15~20小时，然后在1600~1700℃条件下于电炉中保温1~3小时，自然冷却最后破碎成粒度小于10mm的颗粒或粉体。

本具体实施方式对预混合的原材料进行高温处理。其中的高硅氧玻璃在高温下变为熔体，包裹在石墨表面并和石墨发生液相反应，由于配料中石墨过量，在高硅氧玻璃和石墨接触处生成碳化硅，进而形成碳化硅-碳复合材料。

本具体实施方式采用预混合、反应和再粉碎的工艺，即反应制备方法，避免了因机械混合难以达到材料各成分均一和性质稳定的不足，可在反应合成碳化硅-碳材料的基础上同时获得结构均一和性能稳定的SiC-C粉体材料，所制备的碳化硅-碳复合材料具有优异的高温力学性能、抗氧化性能、热震稳定性能、高比强度、高比模量和非脆性断裂特点。

本具体实施方式主要采用细小颗粒和粉料混合后经反应和再粉碎工艺，生产工艺简单，成本相对低廉，具备大规模推广的潜力。由于SiC-C材料具有一系列优异的性能，不仅可以单独用来制备高级的高温材料也可以作为其它高温材料生产用的粉体，从而提升高温材料的抗熔体、粉尘、烟气等的侵蚀、渗透性能和热震稳定性能。故该类复合材料将在航空、航天、新能源、冶金等方面具有广阔的应用前景。

因此，本具体实施方式制备工艺简单，成本相对低廉；所制备的碳化硅-碳复合材料不仅具有良好性能的导热和导电性能，且具有优良的抗熔体侵蚀性能和抗渗透性能，还具有优异的高温力学性能、抗氧化性能、热震稳定性能、高比强度、高比模量和非脆性断裂的特点。

Claims

1.一种碳化硅-碳复合材料的制备方法，其特征在于先将50~90wt%的石墨、5~40wt%的高硅氧玻璃和1~10wt%的酚醛树脂搅拌混合，混合时间为2~30分钟，压制成型，自然干燥24小时；再于110~300℃条件下热处理8~24小时，然后在1300~1700℃条件下于还原气氛中保温1~12小时，自然冷却，最后破碎成粒度小于10mm的颗粒或粉体。

2.根据权利要求1所述的碳化硅-碳复合材料的制备方法，其特征在于所述高硅氧玻璃中：SiO₂含量≥94wt%，B₂O₃含量≥1wt%；高硅氧玻璃的粒径为3~200μm。

3.根据权利要求1所述的碳化硅-碳复合材料的制备方法，其特征在于所述石墨的粒径为3~500μm，石墨中的C含量≥90wt%。

4.根据权利要求1所述的碳化硅-碳复合材料的制备方法，其特征在所述酚醛树脂为液态或为固体粉末；其中：固体粉末粒径为40~200μm，酚醛树脂的残碳率>40%。

5.根据权利要求1~4项中任一项所述的碳化硅-碳复合材料的制备方法所制备的碳化硅-碳复合材料。