CN104211406A - 一种碳化硅陶瓷及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种碳化硅陶瓷及其制备方法，属于陶瓷生产技术领域，其中各组成的重量份为碳化硅60~90份、二氧化硅30~50份、甘油10~20份、无水乙醇15~20份、聚乙二醇10~15份、去离子水100~120份，其制备方法是将所述原料按上述比例混合均匀，用高纯度氧化铝磨球，球磨3~5小时，使物料混合均匀，之后加热蒸发，除去溶剂，对所得的块状物体进行干压一次成型，成型压力为150～180MPa，放入真空高温烧结炉中进行烧结，烧结温度1050～1150℃，烧结时间3～4小时，得碳化硅陶瓷；该陶瓷耐磨耐热耐压，外观光滑有光泽。

Description

一种碳化硅陶瓷及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种碳化硅陶瓷及其制备方法，属于陶瓷生产技术领域。

背景技术

碳化硅是一种人造材料，只是在人工合成碳化硅之后，才证实陨石中及地壳上偶然存在碳化硅，碳化硅的分子式为SiC，分子量为40.07，质量百分组成为70.045的硅与29.955的碳，碳化硅的密度为3.16~3.2g/c。由于碳化硅陶瓷具有诸多优异的性能，近年来被广泛应用于航空航天、机械工业、电子等各个领域，市场前景广阔。

碳化硅的化学稳定性与其氧化特性有密切关系。碳化硅本身很容易氧化，但它氧化之后形成了一层二氧化硅薄膜，氧化进程逐步被阻碍。在空气中，碳化硅于800℃时就开始氧化，但很缓慢;随着温度升高，则氧化速度急速加快。碳化硅的氧化速率，在氧气中比在空气中快1.6倍;氧化速率的速度随着时间推移而减慢。如果以时间推移对氧化的数量描图，可以得到典型的抛物线图形.这反映出二氧化硅保护层对碳化硅氧化速率的阻碍作用。

氧化时，若同时存在着能将二氧化硅薄膜移去或使之破裂的物质，则碳化硅就易被进一步氧化。例如:铁、锰等金属有几种化合价，其氧化物能将碳化硅氧化，并且又能与二氧化硅生成低熔点化合物，能侵蚀碳化硅。例如，FeO在1 300℃、MnO在1 360℃能侵蚀碳化硅;而CaO、MgO在1 000℃就能侵蚀碳化硅。

同时，碳化硅所具有的低热膨胀系数和高导热系数，使其制件在加热及冷却过程中受到的热应力较小，这就是为什么碳化硅制件特别耐热震的原因。综上所述，碳化硅陶瓷具有多种优良性能，在工业上的应用前景广。

碳化硅是一种典型的共价键结合的稳定化合物，加上它的扩散系数低，很难用常规的烧结方法达到致密化，必须通过添加一些烧结助剂以降低表面能或增加表面积，以及采用特殊工艺处理来获得致密的碳化硅陶瓷。

按烧结工艺来划分，碳化硅陶瓷可以分为重结晶碳化硅陶瓷、反应烧结碳化硅陶瓷、无压烧结碳化硅陶瓷、热压烧结碳化硅陶瓷、高温热等静压烧结碳化硅陶瓷以及化学气相沉积碳化硅。采用不同工艺制备的碳化硅其性能有较大的差别，即使采用同一工艺制备的碳化硅，由于各家公司采用的原料、添加剂不同，其性能相差也较大。

CN 201210361269.3公开了一种利用碳化硅固体废料制备碳化硅陶瓷的方法，该方法利用了碳化硅固体废料为原料，虽然实现了变废为宝，但是该方法烧结时需1200℃保温60 分钟，温度高且时间长，因此耗能较大，不利于产品的成本控制，且废料的处理不够完善，产品的质量不稳定。本发明开发一种碳化硅陶瓷及其制备方法，保证产品良好的性能，同时制备方法简单易行，适于在工业上的大规模生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种碳化硅陶瓷，该陶瓷耐磨耐热耐压，外观光滑有光泽。

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：

一种碳化硅陶瓷，各组分的重量份为：

碳化硅60~90份、二氧化硅30~50份、甘油10~20份、无水乙醇15~20份、聚乙二醇10~15份、去离子水100~120份；

碳化硅60~70份、二氧化硅30~40份、甘油10~15份、无水乙醇18~20份、聚乙二醇13~15份、去离子水110~120份；

碳化硅80~90份、二氧化硅40~50份、甘油10~15份、无水乙醇18~20份、聚乙二醇13~15份、去离子水110~120份；

碳化硅70~80份、二氧化硅40~50份、甘油15~20份、无水乙醇15~18份、聚乙二醇13~15份、去离子水110~120份；

碳化硅65~85份、二氧化硅40~50份、甘油15~20份、无水乙醇15~18份、聚乙二醇10~13份、去离子水100~110份；

碳化硅70份、二氧化硅40份、甘油10份、无水乙醇20份、聚乙二醇13份、去离子水120份；

碳化硅80份、二氧化硅50份、甘油15份、无水乙醇18份、聚乙二醇13份、去离子水110份。

本发明的另一个目的是提供一种碳化硅陶瓷的制备方法，包括如下步骤：

将所述原料按上述比例混合均匀，用高纯度氧化铝磨球，球磨3~5小时，使物料混合均匀，之后加热蒸发， 除去溶剂，对所得的块状物体进行干压一次成型，成型压力为150 ～ 180MPa，放入真空高温烧结炉中进行烧结，烧结温度1050 ～1150℃，烧结时间3～4 小时，得碳化硅陶瓷。

本发明相对于现有技术的有益效果是：

本发明的碳化硅陶瓷，具有良好的耐磨耐热耐压性能，能在机械工业、电子等各个领域应用，市场前景广阔；另外，本发明制备碳化硅的工艺，煅烧温度低、时间短，能有效降低能耗，控制成本。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明做进一步详细说明，这些实施例仅用来说明本发明，并不限制本发明的范围。

实施例1

一种碳化硅陶瓷，各组分的重量份为：

碳化硅70份、二氧化硅40份、甘油10份、无水乙醇20份、聚乙二醇13份、去离子水120份。

其制备方法，包括以下步骤：

将所述原料按上述比例混合均匀，用高纯度氧化铝磨球，球磨3小时，使物料混合均匀，之后加热蒸发， 除去溶剂，对所得的块状物体进行干压一次成型，成型压力为180MPa，放入真空高温烧结炉中进行烧结，烧结温度1150℃，烧结时间4 小时，得碳化硅陶瓷。

实施例2

一种碳化硅陶瓷，各组分的重量份为：

碳化硅80份、二氧化硅50份、甘油15份、无水乙醇18份、聚乙二醇13份、去离子水110份。

其制备方法，包括以下步骤：

将所述原料按上述比例混合均匀，用高纯度氧化铝磨球，球磨5小时，使物料混合均匀，之后加热蒸发， 除去溶剂，对所得的块状物体进行干压一次成型，成型压力为180MPa，放入真空高温烧结炉中进行烧结，烧结温度1150℃，烧结时间4 小时，得碳化硅陶瓷。

实施例3

一种碳化硅陶瓷，各组分的重量份为：

碳化硅65份、二氧化硅40份、甘油15份、无水乙醇18份、聚乙二醇13份、去离子水100份。

其制备方法，包括以下步骤：

将所述原料按上述比例混合均匀，用高纯度氧化铝磨球，球磨5小时，使物料混合均匀，之后加热蒸发， 除去溶剂，对所得的块状物体进行干压一次成型，成型压力为150MPa，放入真空高温烧结炉中进行烧结，烧结温度1150℃，烧结时间4 小时，得碳化硅陶瓷。

实施例4

一种碳化硅陶瓷，各组分的重量份为：

碳化硅85份、二氧化硅40份、甘油20份、无水乙醇18份、聚乙二醇13份、去离子水110份。

其制备方法，包括以下步骤：

将所述原料按上述比例混合均匀，用高纯度氧化铝磨球，球磨5小时，使物料混合均匀，之后加热蒸发， 除去溶剂，对所得的块状物体进行干压一次成型，成型压力为150MPa，放入真空高温烧结炉中进行烧结，烧结温度1050℃，烧结时间4 小时，得碳化硅陶瓷。

实施例5

一种碳化硅陶瓷，各组分的重量份为：

碳化硅90份、二氧化硅50份、甘油15份、无水乙醇18份、聚乙二醇15份、去离子水120份。

其制备方法，包括以下步骤：

将所述原料按上述比例混合均匀，用高纯度氧化铝磨球，球磨5小时，使物料混合均匀，之后加热蒸发， 除去溶剂，对所得的块状物体进行干压一次成型，成型压力为150MPa，放入真空高温烧结炉中进行烧结，烧结温度1050℃，烧结时间3小时，得碳化硅陶瓷。

Claims (8)

1.一种碳化硅陶瓷，其特征在于：由下列重量份的组分组成：

碳化硅60~90份、二氧化硅30~50份、甘油10~20份、无水乙醇15~20份、聚乙二醇10~15份、去离子水100~120份。

2.一种碳化硅陶瓷，其特征在于：由下列重量份的组分组成：

碳化硅60~70份、二氧化硅30~40份、甘油10~15份、无水乙醇18~20份、聚乙二醇13~15份、去离子水110~120份。

3.一种碳化硅陶瓷，其特征在于：由下列重量份的组分组成：

碳化硅80~90份、二氧化硅40~50份、甘油10~15份、无水乙醇18~20份、聚乙二醇13~15份、去离子水110~120份。

4.一种碳化硅陶瓷，其特征在于：由下列重量份的组分组成：

碳化硅70~80份、二氧化硅40~50份、甘油15~20份、无水乙醇15~18份、聚乙二醇13~15份、去离子水110~120份。

5.一种碳化硅陶瓷，其特征在于：由下列重量份的组分组成：

碳化硅65~85份、二氧化硅40~50份、甘油15~20份、无水乙醇15~18份、聚乙二醇10~13份、去离子水100~110份。

6.一种碳化硅陶瓷，其特征在于：由下列重量份的组分组成：

碳化硅70份、二氧化硅40份、甘油10份、无水乙醇20份、聚乙二醇13份、去离子水120份。

7.一种碳化硅陶瓷，其特征在于：由下列重量份的组分组成：

碳化硅80份、二氧化硅50份、甘油15份、无水乙醇18份、聚乙二醇13份、去离子水110份。

8.一种碳化硅陶瓷的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

将所述原料按上述比例混合均匀，用高纯度氧化铝磨球，球磨3~5小时，使物料混合均匀，之后加热蒸发， 除去溶剂，对所得的块状物体进行干压一次成型，成型压力为150 ～ 180MPa，放入真空高温烧结炉中进行烧结，烧结温度1050 ～1150℃，烧结时间3～4 小时，得碳化硅陶瓷。