CN103073321B - 一种可用于高温材料的Si-B-C-N材料及制备方法 - Google Patents
一种可用于高温材料的Si-B-C-N材料及制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103073321B CN103073321B CN201310020778.4A CN201310020778A CN103073321B CN 103073321 B CN103073321 B CN 103073321B CN 201310020778 A CN201310020778 A CN 201310020778A CN 103073321 B CN103073321 B CN 103073321B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- temperature
- warming
- sintering
- hours
- preparation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
本发明属于无机非金属材料领域,具体涉及一种可用于高温材料的Si-B-C-N材料及其制备方法。该材料的各组分的质量百分比为:金属Si10%~50%;SiC40~80%;B4C5~10%;石墨0~5%。其制备方法以粒度为1000-1500目的碳化硅、金属硅、B4C、C粉体材料为原料,通过规定的烧结制度在1450℃氮化烧结而得到产品。本发明的有益效果是该材料采用高温氮化烧结工艺,由于气-气、气-液、气固同时烧结,产生晶须状氮化硅,对材料高温强度有显著提高;同时N元素的引入,还增加了材料体密,降低气孔率等有点。
Description
技术领域
本发明属于无机非金属材料领域,具体涉及一种可用于高温材料的Si-B-C-N材料及其制备方法。
背景技术
随着科技进步,时代发展,进入21世纪以后,太阳能电池已经受到了人们的日益重视。硅作为制作太阳能电池的主要材料得到了广泛的应用,硅晶体被拉成单晶硅棒后被切成硅片,用于制造芯片。而在切割过程,有50%~52%的晶体硅以硅粉的形式损失掉。不论是用于电子级的单晶硅还是用于太阳能级的多晶硅都需要通过大量的能耗和高昂的成本制制得。如果能将废料浆中的高纯硅、聚乙二醇和碳化硅进行有效的综合利用,将会减少环境污染,提高资源的利用率。特别是对废料中的高纯硅的有效利用,减少硅的进口量,将会产生较大的经济效益。
Si-B-C-N材料具有高温强度高、耐腐蚀 、承载大、重量轻、抗氧化、热震稳定性好等许多优异性能,使其成为在1200℃以上工作环境中最有使用前途的高温结构陶瓷材料, 是航天、航空、核能等高新技术领域的关键材料。
现有的Si-B-C-N材料大多制备的方法有热压烧结法,反应烧结法,原位合成法,先驱体法。热压烧结法是将β-SiC和BN在2100℃下烧结为纳米级的SiC和Si3N4分布在螺旋层状的BNC中;反应烧结法是先制备BCXN,然后和金属硅1850℃反应制备出Si-B-C-N材料;原味合成法利用Si3N4、B4C和碳粉在1400℃~1700℃原味反应生成Si-B-C-N材料;先驱体法是将含有Si、C的聚合体和B、N的聚合体混合裂解制备复合陶瓷。但由碳化硅、金属硅、B4C、C氮化烧成的方法还没有报道,相关使用性能也未见其报道。
发明内容
为了解决上述问题,本发明的目的是提供一种工艺简单,可大幅度提高材料的内高温和强度的Si-B-C-N材料的制备方法。
本发明的技术方案是:一种可用于高温材料的新型Si-B-C-N材料,该材料的各组分的质量百分比为:金属Si 10%~50%;SiC 40~80%;B4C 5~10%;石墨 0~5%。
所述金属硅的粒度为1000目~1500目。
所述SiC的粒度为1000目~1500目。
所述Si-B-C-N陶瓷材料中B4C为B元素的引入方式。
本发明的另一目的是提供上述可用于高温材料的Si-B-C-N材料的制备方法,以碳化硅、金属硅、B4C、C粉体材料为原料,通过规定的烧结制度在1450℃氮化烧结而得到产品,具体步骤如下:
(1)原料预处理,其中处理方法如下:
按照质量百分比为40~80%的SiC碳化硅、10~50%金属Si 、5~10% B4C和0~5%石墨分别称取粒度为1000-1500目原料粉末,将称取好的原料粉末在温度为1000℃中保温2小时;再将上述原料粉末和占原料粉末总质量分数为1%~8%的粘结剂混合,加入球磨机中球磨正反各1小时,备用;
(2)成型工艺:
将加入粘结剂球磨过的原料,放入模具,在压力为10MP压制成坯体,置于烘箱内在温度为200℃干燥1个小时,放在室温静置48小时,备用;
(3)高温氮化烧结工艺:
将坯体放在氮化炉中进行氮化烧结,烧结制度为8℃/min从0℃升温至900℃,5℃/min从900℃升温至1050℃,2℃/min从1050℃升温至1300℃,5℃/min从1300℃升温至1400℃,在1400℃保温4小时,2℃/min从1400℃降温至1050℃,之后自然降温至室温。
本发明的有益效果为:该方法采用高温氮化烧结工艺,由于气-气、气-液、气固同时烧结,产生晶须状氮化硅,对材料高温强度有显著提高;同时N元素的引入,是材料体密增加,气孔率降低。
附图说明
图1是本发明用于高温材料的Si-B-C-N材料的制备方法工艺流程图。
图2是实施实例1制备材料的扫描电镜图(SEM)。
图3是实施实例1制备材料的衍射图谱(XRD)。
具体实施方式
本发明提供了一种可用于高温材料的Si-B-C-N材料及制备方法,下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
实施例1
Si-B-C-N材料的制备步骤如下:
第一步将10%的粒度为1000目~1500目的金属Si,80%的粒度为1000目~1500目的SiC,8%的粒度为1000目~1500目的B4C,2%石墨和占其总质量分数为5%的粘结剂混合在一起,球磨共2小时,正反各1小时;
第二步用DY-30液压机10MP将原料粉体压制成坯体,200℃干燥1小时,室温静置48小时;
第三步将坯体放在氮化炉中氮化烧结,烧结制度8℃/min从0℃升温至900℃,5℃/min从900℃升温至1050℃,2℃/min从1050℃升温至1300℃,5℃/min从1300℃升温至1400℃,在1400℃保温4小时,2℃/min从1400℃降温至1050℃,之后自然降温至室温。
实施例2:
Si-B-C-N材料的制备步骤如下:
第一步将30%的粒度为1000目~1500目的金属Si,60%的粒度为1000目~1500目的SiC,8%的粒度为1000目~1500目的B4C,2%石墨和占其总质量分数为5%的粘结剂混合在一起,球磨共2小时,正反各1小时;
第二步用DY-30液压机10MP将原料粉体压制成坯体,200℃干燥1小时,室温静置48小时;
第三步将坯体放在氮化炉中氮化烧结,烧结制度8℃/min从0℃升温至900℃,5℃/min从900℃升温至1050℃,2℃/min从1050℃升温至1300℃,5℃/min从1300℃升温至1400℃,在1400℃保温4小时,2℃/min从1400℃降温至1050℃,之后自然降温至室温。
实施例3:
Si-B-C-N材料的制备步骤如下:
第一步将50%的粒度为1000目~1500目的金属Si,40%的粒度为1000目~1500目的SiC,5%的粒度为1000目~1500目的B4C,5%石墨和占其总质量分数为5%的粘结剂混合在一起,球磨共2小时,正反各1小时;;
第二步用DY-30液压机10MP将原料粉体压制成坯体,200℃干燥1小时,室温静置48小时;
第三步将坯体放在氮化炉中氮化烧结,烧结制度8℃/min从0℃升温至900℃,5℃/min从900℃升温至1050℃,2℃/min从1050℃升温至1300℃,5℃/min从1300℃升温至1400℃,在1400℃保温4小时,2℃/min从1400℃降温至1050℃,之后自然降温至室温。
Claims (1)
1. 一种可用于高温材料的Si-B-C-N材料的制备方法,其特征在于,具体步骤如下:
1)原料预处理,其中处理方法如下:
按照质量百分比为40~80%的SiC碳化硅、10~50%金属Si 、5~10% B4C和2~5%石墨分别称取粒度为1000-1500目的上述原料粉末,在温度为1000℃中保温2小时;再将上述原料粉末和占原料粉末总质量分数为1%~8%的粘结剂混合,加入球磨机中球磨正反各1小时,备用;
2)成型工艺:
将加入粘结剂球磨过的原料,放入模具,在压力为10MP压制成坯体,置于烘箱内在温度为200℃干燥1个小时,放在室温静置48小时,备用;
3)高温氮化烧结工艺:
将坯体放在氮化炉中进行氮化烧结,烧结制度为8℃/min从0℃升温至900℃,5℃/min从900℃升温至1050℃,2℃/min从1050℃升温至1300℃,5℃/min从1300℃升温至1400℃,在1400℃保温4小时,以2℃/min从1400℃降温至1050℃,之后自然降温至室温。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201310020778.4A CN103073321B (zh) | 2013-01-21 | 2013-01-21 | 一种可用于高温材料的Si-B-C-N材料及制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201310020778.4A CN103073321B (zh) | 2013-01-21 | 2013-01-21 | 一种可用于高温材料的Si-B-C-N材料及制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN103073321A CN103073321A (zh) | 2013-05-01 |
CN103073321B true CN103073321B (zh) | 2014-09-17 |
Family
ID=48150045
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201310020778.4A Active CN103073321B (zh) | 2013-01-21 | 2013-01-21 | 一种可用于高温材料的Si-B-C-N材料及制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN103073321B (zh) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103833403B (zh) * | 2014-03-04 | 2016-04-20 | 上海工程技术大学 | 一种碳化硅晶须增韧碳化硼陶瓷复合材料的制备方法及产品 |
CN109970451B (zh) * | 2019-03-29 | 2022-03-15 | 武汉科技大学 | 一种SiBCN复合陶瓷粉末及其制备方法 |
CN112624769B (zh) * | 2020-12-22 | 2022-02-08 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种多孔SiBCN/Si3N4复合陶瓷及其制备方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1215039A (zh) * | 1997-10-22 | 1999-04-28 | 中国科学院金属研究所 | 自愈合抗氧化陶瓷/碳素复合材料 |
CN101100389A (zh) * | 2007-07-20 | 2008-01-09 | 哈尔滨工业大学(威海) | SiC-BN-C复合材料及其制备方法 |
-
2013
- 2013-01-21 CN CN201310020778.4A patent/CN103073321B/zh active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1215039A (zh) * | 1997-10-22 | 1999-04-28 | 中国科学院金属研究所 | 自愈合抗氧化陶瓷/碳素复合材料 |
CN101100389A (zh) * | 2007-07-20 | 2008-01-09 | 哈尔滨工业大学(威海) | SiC-BN-C复合材料及其制备方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN103073321A (zh) | 2013-05-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102807391B (zh) | 多孔碳化硅陶瓷的制备方法 | |
CN103145422B (zh) | 一种碳化硼-硼化钛-碳化硅高硬陶瓷复合材料及其制备方法 | |
CN103073321B (zh) | 一种可用于高温材料的Si-B-C-N材料及制备方法 | |
CN105272229A (zh) | 含烧绿石相锆酸钆粉体的陶瓷及其制备方法 | |
CN103979507A (zh) | 一种利用高气压和氟化物添加剂辅助制备球形氮化铝粉体的方法 | |
CN106430126A (zh) | 一种高结晶度六方氮化硼粉体的制备方法 | |
CN101734925B (zh) | 可控气孔率的氮化硅多孔陶瓷及制备方法 | |
CN103382572A (zh) | 实现多晶硅铸锭无黑边的坩埚及其制备方法 | |
Zhang et al. | Resource utilization of solid waste in the field of phase change thermal energy storage | |
Wang et al. | MXene reconciles concurrent enhancement of thermal conductivity and mechanical robustness of SiC-based thermal energy storage composites | |
CN109133934A (zh) | 利用氧化硅基固体废弃物制备碳化硅基多孔陶瓷的方法 | |
CN113912352B (zh) | 一种绿色轻质保温砂浆 | |
CN101734920B (zh) | 一种氮化钛多孔陶瓷及其制备方法 | |
CN101955359A (zh) | 一种低介电常数、高强度多孔氮化硅透波陶瓷的制备方法 | |
CN101353256A (zh) | 利用铝灰和粉煤灰制备Sialon陶瓷粉体的方法 | |
CN103922744A (zh) | 一种高韧性纳米黑瓷材料的制备方法 | |
CN105084364B (zh) | 一种多孔碳化硅球形粉末的制备工艺 | |
CN106588085A (zh) | 一种耐高温结构型SiC多孔陶瓷的制备方法 | |
CN101746827B (zh) | 一种负热膨胀材料TaVO5及其制备方法 | |
CN102085489A (zh) | 一种用煤矸石制备堇青石蜂窝陶瓷催化剂载体的方法 | |
CN104418608B (zh) | 碳化硅多孔陶瓷的低温烧成方法 | |
CN101508563B (zh) | 一种用煤矸石合成堇青石-莫来石复相材料的方法 | |
CN203393255U (zh) | 实现多晶硅铸锭无黑边的坩埚 | |
CN110668820A (zh) | 一种高性能极细结构炭素石墨制品的制备方法 | |
JP2006261384A (ja) | 酸化物熱電変換材料の構造 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20190524 Address after: 214200 West of Niujia Street, Guanlin Town, Yixing City, Jiangsu Province Patentee after: The safe auspicious fire-resistant Co., Ltd in Jiangsu Address before: 100083 No. 30, Haidian District, Beijing, Xueyuan Road Patentee before: University of Science and Technology Beijing |
|
TR01 | Transfer of patent right |