CN104628388A - 一种高导热碳化硅陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents

一种高导热碳化硅陶瓷材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高导热碳化硅陶瓷材料及其制备方法，其特征在于，由下列重量份的原料制成：碳化硅70-80、氮化硅9-12、不锈钢粉末4-6、钛粉6-8、聚合氯化铝2-3、硅烷偶联剂KH-5701-2、冰晶石粉4-5、石英3-4、烧结助剂2-4、去离子水80-100；本发明添加的不锈钢粉末增加了陶瓷的烧结致密度，降低了烧结温度，节约了资源，添加的氮化硅提高了陶瓷的硬度、导热性和绝缘性能，添加的烧结助剂提高了陶瓷的烧结性能，增加烧结密度，延长陶瓷的使用年限。

Description

一种高导热碳化硅陶瓷材料及其制备方法
技术领域
    本发明涉及一种高导热碳化硅陶瓷材料及其制备方法，属于陶瓷生产技术领域。
背景技术
碳化硅陶瓷因为其具有良好的高温导热性、化学稳定性、耐氧化性以及优越的机械性能，所以使其在生物材料、轻质高强度材料、高温催化等领域具有很好的应用前景。陶瓷材料的高导热性具有非常高的经济价值和应用价值。对于高频、高效的集成电路，减少散热和电力消耗中有较大的作用。单纯的碳化硅陶瓷虽然具有优良的高温性能，但由于其脆性和抗冲击载荷的能力较弱，以及机械加工困难等不足之处，使其应用范围受到限制。氮化硅和碳化硅都具有比重小、耐磨性强、耐化学腐蚀性优良的特点，在高温下具有很高的强度，碳化硅的烧结温度为2000-2200°C，氮化硅的烧结温度是1700-1800°C，当加热到1000°C时氮化硅的强度高于碳化硅，在常温下碳化硅的热传导率是氮化硅的几倍，氮化硅具有极好的绝缘性能，碳化硅具有导电性能，基于两种材料的特点，在碳化硅中添加氮化硅制成混合陶瓷基材料，能够提高碳化硅陶瓷的性能，提高导热性，扩大应用范围。
发明内容
本发明的目的是提供一种高导热碳化硅陶瓷材料及其制备方法。
为了实现本发明的目的，本发明通过以下方案实施：
一种高导热碳化硅陶瓷材料及其制备方法，由下列重量份的原料制成：碳化硅70-80、氮化硅9-12、不锈钢粉末4-6、钛粉6-8、聚合氯化铝2-3、硅烷偶联剂KH-5701-2、冰晶石粉4-5、石英3-4、烧结助剂2-4、去离子水80-100；
所述烧结助剂是由下列重量份的原料制成：氧化铝3-5、氧化钇1-2、氯化铵2-3、硝酸铱5-7、碳纳米颗粒4-6、粘土粉4-5、二甲基硅油1-2、液体石蜡2-4、硅烷偶联剂KH-5501-2、人造金刚石粉末2-4、醋酸乙烯树脂2-3、磷酸三甲酚酯1-2、纯化水3-5；制备方法是将氧化铝、氧化钇、硝酸铱、碳纳米颗粒和人造金刚石粉末混合加到混料机中，加入醋酸乙烯树脂和纯化水进行湿法混合，2-3小时后将混合好的浆料加到胶磨机中研磨过100-200目筛，加热干燥除去水分，再加入其余剩余的成分搅拌均匀，将所得的物料输入喷雾造粒塔中制成颗粒即可。
 本发明所述一种高导热碳化硅陶瓷材料及其制备方法，由以下具体步骤制成：
（1）将碳化硅、氮化硅、不锈钢粉末、钛粉、锰粉、石英和去离子水加到球磨罐中，球料比3:1，球磨3-5小时后加入硅烷偶联剂KH-570搅拌均匀后过200-300目筛，再转移到喷雾造粒机中制成颗粒备用；
（2）将除烧结助剂之外其余剩余的成分混合，以3-5°C/min的速度边搅拌边加热，加热至50-70°C时保温20-30分钟，再将该混合物通过喷涂法喷涂到步骤（1）中的颗粒上，干燥后与烧结助剂混合均匀；
（3）将步骤（2）得到的物料送入模具中采用160-200MPa干压成型得素胚，再将该素胚放入真空高温烧结炉中在氩气的保护下进行烧结，烧结温度为1750-1900°C，保温3-5小时后缓慢降温到1600-1450°C，随炉冷却即得。
本发明的优点是：本发明添加的不锈钢粉末增加了陶瓷的烧结致密度，降低了烧结温度，节约了资源，添加的氮化硅提高了陶瓷的硬度、导热性和绝缘性能，添加的烧结助剂提高了陶瓷的烧结性能，增加烧结密度，延长陶瓷的使用年限。
具体实施方案
下面通过具体实例对本发明进行详细说明。
 一种高导热碳化硅陶瓷材料及其制备方法，由下列重量份（公斤）的原料制成：碳化硅70、氮化硅11、不锈钢粉末6、钛粉6、聚合氯化铝3、硅烷偶联剂KH-5702、冰晶石粉5、石英4、烧结助剂3、去离子水85；
所述烧结助剂是由下列重量份（公斤）的原料制成：氧化铝5、氧化钇2、氯化铵2、硝酸铱6、碳纳米颗粒5、粘土粉4、二甲基硅油2、液体石蜡3、硅烷偶联剂KH-5501、人造金刚石粉末3、醋酸乙烯树脂2、磷酸三甲酚酯1、纯化水5；制备方法是将氧化铝、氧化钇、硝酸铱、碳纳米颗粒和人造金刚石粉末混合加到混料机中，加入醋酸乙烯树脂和纯化水进行湿法混合，3小时后将混合好的浆料加到胶磨机中研磨过200目筛，加热干燥除去水分，再加入其余剩余的成分搅拌均匀，将所得的物料输入喷雾造粒塔中制成颗粒即可。
本发明所述一种高导热碳化硅陶瓷材料及其制备方法，由以下具体步骤制成：
（1）将碳化硅、氮化硅、不锈钢粉末、钛粉、锰粉、石英和去离子水加到球磨罐中，球料比3:1，球磨5小时后加入硅烷偶联剂KH-570搅拌均匀后过300目筛，再转移到喷雾造粒机中制成颗粒备用；
（2）将除烧结助剂之外其余剩余的成分混合，以5°C/min的速度边搅拌边加热，加热至70°C时保温20分钟，再将该混合物通过喷涂法喷涂到步骤（1）中的颗粒上，干燥后与烧结助剂混合均匀；
（3）将步骤（2）得到的物料送入模具中采用170MPa干压成型得素胚，再将该素胚放入真空高温烧结炉中在氩气的保护下进行烧结，烧结温度为1850°C，保温4小时后缓慢降温到1450°C，随炉冷却即得。
本实施例中陶瓷的性能指标结果如下：
耐碱性实验：不溶于任何强碱；
耐酸性试验：不溶于任何强酸；
硬度（GPa）：33.4；
弹性模量（GPa）：370；
抗折强度（MPa）：183；
断裂韧性（Mpa/m1/2）：4.54；
热膨胀系数（10-5/K）：2.2；
热传导率（W/mK）：113。

Claims (2)

1.一种高导热碳化硅陶瓷材料及其制备方法，其特征在于，由下列重量份的原料制成：碳化硅70-80、氮化硅9-12、不锈钢粉末4-6、钛粉6-8、聚合氯化铝2-3、硅烷偶联剂KH-5701-2、冰晶石粉4-5、石英3-4、烧结助剂2-4、去离子水80-100；
所述烧结助剂是由下列重量份的原料制成：氧化铝3-5、氧化钇1-2、氯化铵2-3、硝酸铱5-7、碳纳米颗粒4-6、粘土粉4-5、二甲基硅油1-2、液体石蜡2-4、硅烷偶联剂KH-5501-2、人造金刚石粉末2-4、醋酸乙烯树脂2-3、磷酸三甲酚酯1-2、纯化水3-5；制备方法是将氧化铝、氧化钇、硝酸铱、碳纳米颗粒和人造金刚石粉末混合加到混料机中，加入醋酸乙烯树脂和纯化水进行湿法混合，2-3小时后将混合好的浆料加到胶磨机中研磨过100-200目筛，加热干燥除去水分，再加入其余剩余的成分搅拌均匀，将所得的物料输入喷雾造粒塔中制成颗粒即可。
2.根据权利要求1所述一种高导热碳化硅陶瓷材料及其制备方法，其特征在于，由以下具体步骤制成：
（1）将碳化硅、氮化硅、不锈钢粉末、钛粉、锰粉、石英和去离子水加到球磨罐中，球料比3:1，球磨3-5小时后加入硅烷偶联剂KH-570搅拌均匀后过200-300目筛，再转移到喷雾造粒机中制成颗粒备用；
（2）将除烧结助剂之外其余剩余的成分混合，以3-5°C/min的速度边搅拌边加热，加热至50-70°C时保温20-30分钟，再将该混合物通过喷涂法喷涂到步骤（1）中的颗粒上，干燥后与烧结助剂混合均匀；
（3）将步骤（2）得到的物料送入模具中采用160-200MPa干压成型得素胚，再将该素胚放入真空高温烧结炉中在氩气的保护下进行烧结，烧结温度为1750-1900°C，保温3-5小时后缓慢降温到1600-1450°C，随炉冷却即得。
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