CN104671792A - 一种高韧性碳化硅陶瓷及其制备方法 - Google Patents

一种高韧性碳化硅陶瓷及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高韧性碳化硅陶瓷及其制备方法，其特征在于，由下列重量份的原料制成：碳化硅70-80、不锈钢粉末8-13、钛粉2-4、纳米氧化锆4-8、聚乙烯醇1-3、铍粉3-6、聚磷酸铵1-2、硅烷偶联剂KH-5801-2、石墨3-4、木质素磺酸钠2-3、烧结助剂2-3、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，添加纳米氧化锆和金属粉改善陶瓷晶粒的形状、品界特性，消耗断裂能，从而提高了陶瓷韧性。

Description

一种高韧性碳化硅陶瓷及其制备方法
技术领域
    本发明涉及一种高韧性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
    陶瓷材料的分子排列和化学键性质，决定了陶瓷材料中的晶粒位错密度低、
滑移系统少、裂纹的成核和生长的能量小，从而决定了陶瓷材料的脆性本质。脆性和低可靠性严重限制了陶瓷材料的应用范围。只有改善陶瓷的断裂韧性，实现材料强韧化，提高其可靠性和使用寿命，才能使陶瓷材料真正得到广泛应用，因此，陶瓷增韧技术一直是陶瓷研究的热点。增韧的本质就是要在材料中引进吸收断裂能量的机制，降低裂纹扩展的动力，增加裂纹扩展的阻力。目前所采用的增韧手段均是设法增加断裂过程中消耗的能量，同时增加断裂面的粗糙度。本发明通过添加纳米氧化锆和金属粉改善陶瓷晶粒的形状、品界特性，消耗断裂能，从而提高韧性起到了很好的效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种高韧性碳化硅陶瓷及其制备方法。
为了实现本发明的目的，本发明通过以下方案实施：
一种高韧性碳化硅陶瓷及其制备方法，由下列重量份的原料制成：碳化硅70-80、不锈钢粉末8-13、钛粉2-4、纳米氧化锆4-8、聚乙烯醇1-3、铍粉3-6、聚磷酸铵1-2、硅烷偶联剂KH-5801-2、石墨3-4、木质素磺酸钠2-3、烧结助剂2-3、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。
本发明所述一种高韧性碳化硅陶瓷及其制备方法，由以下具体步骤制成：
（1）将碳化硅、不锈钢粉末、钛粉、铍粉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-580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，添加纳米氧化锆和金属粉改善陶瓷晶粒的形状、品界特性，消耗断裂能，从而提高了陶瓷韧性。
具体实施方案
下面通过具体实例对本发明进行详细说明。
 一种高韧性碳化硅陶瓷及其制备方法，由下列重量份（公斤）的原料制成：碳化硅76、不锈钢粉末9、钛粉3、纳米氧化锆7、聚乙烯醇3、铍粉5、聚磷酸铵2、硅烷偶联剂KH-5802、石墨3、木质素磺酸钠2、烧结助剂3、去离子水86；
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。
本发明所述一种高韧性碳化硅陶瓷及其制备方法，由以下具体步骤制成：
（1）将碳化硅、不锈钢粉末、钛粉、铍粉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-580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180MPa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1900°C，保温4小时后缓慢降温到1500°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）：400；
抗折强度（MPa）：179；
断裂韧性（Mpa/m1/2）：4.28；
热膨胀系数（10-5/K）：2.3；
热传导率（W/mK）：98。

Claims (2)

1.一种高韧性碳化硅陶瓷及其制备方法，其特征在于，由下列重量份的原料制成：碳化硅70-80、不锈钢粉末8-13、钛粉2-4、纳米氧化锆4-8、聚乙烯醇1-3、铍粉3-6、聚磷酸铵1-2、硅烷偶联剂KH-5801-2、石墨3-4、木质素磺酸钠2-3、烧结助剂2-3、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所述一种高韧性碳化硅陶瓷及其制备方法，其特征在于，由以下具体步骤制成：
（1）将碳化硅、不锈钢粉末、钛粉、铍粉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-580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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