CN103804008A - 一种碳化硅/碳功能梯度材料的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种碳化硅/碳功能梯度材料的制造方法，是以碳石墨材料为基料，经1500℃~1700℃渗浸硅处理后，置于高温真空石墨化炉使其与硅反应生成碳化硅/碳功能梯度材料（即两种不同性质的材料相继结合成一体，一种材料到另一种材料的过渡是连续的，各部分之间没有明显界面的材料）。该材料具有石墨材料的自润滑型，良好的导热导电性、抗热冲击性能及高温强度，又具有碳化硅的高硬度高强度，高温抗氧化性、强耐腐蚀性，耐磨性等特性。
Description
技术领域
本发明是一种碳化硅/碳功能梯度材料的制造方法。
背景技术
碳石墨材料具有耐高温、耐腐蚀、自润滑等特性，但作为工程材料机械强度不高而且基本无法在氧化性气氛中（350℃开始氧化）使用。目前，为提高高温抗氧化性，主要以提高材料纯度、增加材料密度，浸渍无机盐等方式来降低材料的气孔率，减少氧对材料的接触，从而提高材料的抗氧化性能，这种做法相比一般纯碳石墨材料有所改善，但仍不太理想。
发明内容
本发明的目的是提供一种碳化硅/碳功能梯度材料的制造方法，通过对碳石墨材料表面改性处理，即将碳石墨材料在高温下与硅反应（C+Si→SiC），表面生成碳化硅，形成一种碳化硅-碳梯度材料，从而提高了碳石墨材料的高温抗氧化性能以及机械强度，既具有石墨材料的自润滑型，良好的导热导电性、抗热冲击性能及高温强度，又具有碳化硅的高硬度，高温抗氧化性、强耐腐蚀性，耐磨性等特点的梯度材料。
本发明是这样来实现的：一种碳化硅/碳功能梯度材料的制造方法，按以下步骤进行。
材料选择：碳石墨材料，工业硅（硅含量≥99%）。
粗加工：将碳石墨材料根据所需规格加工成待处理材料，清洗、烘干。
高温浸硅处理：将烘干后的产品同硅料装入坩埚，置于高温真空炉进行浸硅处理，冷态开始抽真空，真空度≤0.5MPa，同时升温，炉温升至1400℃时停止抽真空，之后继续升温至1500℃~1700℃，维持炉温10~30分钟后通入惰性气体并加压至1~3MPa，维持5~15分钟后泄压至0.1MPa后自然降温冷却至室温。
后续处理：将冷却后的产品取出，清除表面多余的硅，然后在碱液中除游离硅，温度100~120℃，时间20~48小时，沉放30~50%NaOH(KOH)，随后冲洗至中性。
真空石墨化处理：将浸后材料装入真空石墨化炉中处理，冷态开始抽真空，真空度≤0.5MPa，自由升温至2300℃±50℃，保温2小时，让硅和碳充分反映生成碳化硅/碳功能梯度材料。
具体实施方式
材料选择：碳石墨材料 市售，工业硅 市售，硅含量≥99%。
粗加工：将碳石墨材料根据所需规格加工成待处理材料，清洗、烘干。
高温浸硅处理：将烘干后的产品同硅料装入坩埚，置于高温真空炉进行浸硅处理，冷态开始抽真空，真空度≤0.5MPa，同时升温，炉温升至1400℃时停止抽真空，之后继续升温至1500℃~1700℃，维持炉温10~30分钟后通入惰性气体并加压至1~3MPa，维持5~15分钟后泄压至0.1MPa后自然降温冷却至室温。
后续处理：将冷却后的产品取出，清除表面多余的硅，然后在碱液中除游离硅，温度100~120℃，时间20~48小时，沉放30~50%NaOH(KOH)，随后冲洗至中性。
真空石墨化处理：将浸后材料装入真空石墨化炉中处理，冷态开始抽真空，真空度≤0.5MPa，自由升温至2300℃±50℃，保温2小时，让硅和碳充分反映生成碳化硅/碳功能梯度材料。
Claims (3)
1.一种碳化硅/碳功能梯度材料的制造方法，其特征在于：高温浸硅处理获得游离硅与碳的复合材料；游离硅与碳复合材料通过真空石墨化处理，获得碳化硅/碳功能梯度材料。
2.根据权利要求1所述的高温浸硅处理，其步骤为：1）将烘干后的产品同硅料装入坩埚，置于高温真空炉进行浸硅处理；2）冷态开始抽真空，真空度≤0.5MPa，同时升温，炉温升至1400℃时停止抽真空；3）继续升温至1500℃~1700℃，维持炉温10~30分钟后通入惰性气体并加压至1~3MPa；4）维持5~15分钟后泄压至0.1MPa后自然降温冷却至室温。
3.根据权利要求1所述的真空石墨化处理，其步骤为：1）将浸后材料装入真空石墨化炉中处理，冷态开始抽真空，真空度≤0.5MPa；2）自由升温至2300℃±50℃，保温2小时，，让硅和碳充分反映生成碳化硅/碳功能梯度材料。
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