CN105753478A - 一种高效吸收微波的碳化硅复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效吸收微波的碳化硅复合材料及其制备方法，该材料采用一定粒度的碳化硅粉体为原料，加入粘结剂和减水剂，通过浇注及高温退火制备而成，制备方法为：a）首先配置质量分数为0.1%~1%的减水剂水溶液，加入粘结剂和一定粒度的碳化硅粉体，继续搅拌，得到混合均匀的碳化硅浆料；b）将步骤a)中所得到的浆料浇注在模具中，静置干燥处理，退模后得到胚体，然后在一定温度下对胚体进行退火煅烧，自然冷却，得到高效吸收微波碳化硅复合材料。本发明制备工艺简单，碳化硅复合材料烧结温度低，具有较高的吸收微波转化为热量的效率。

Description

一种高效吸收微波的碳化硅复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于无机功能陶瓷材料技术领域，具体涉及一种高效吸收微波的碳化硅复合材料及其制备方法。

背景技术

微波是一种能量形式，具有波长短(1m~1mm)频率高(300MHZ~300GHZ)、量子特性、在介质中可以转化为热量等明显特征。20世纪60年代开始，人们逐渐将微波加热技术应用于纸类、木材、树脂挤出等物理加工过程。微波加热的主要原理是离子传导及偶极子转动，是一种依靠物体吸收微波能将其转化成热能，一般材料会不同程度地吸收微波能，与微波电磁场相互耦合，形成各种功率耗散从而达到能量转化。

碳化硅具有良好的半导特性以及耐高温、密度低、力学性能优异、价格低廉、产量巨大等优点，是一种非常有前途的吸波材料。但是，碳化硅本身吸波性能很差，通常不能直接作为微波吸收材料，需进行改性处理才具备一定的吸波性能。目前对碳化硅材料的开发仍停留在起步阶段，基于碳化硅结构和化学性质的开发和应用还有待进一步加强。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效吸收微波的碳化硅复合材料及其制备方法，该材料制备工艺简单，材料的碳化硅密度高，具有较低的烧结温度和较高的吸收微波转化为热量的效率。

本发明的技术方案是：一种高效吸收微波的碳化硅复合材料，该材料以一定粒度的碳化硅粉体为原料，加入粘结剂和减水剂水溶液，通过浇注烧结处理制备而成，所述粘结剂为硅酸锆、陶土、粘土中的一种，所述减水剂为硅酸钠、木质素磺酸盐、萘磺酸盐甲醛聚合物、氨基磺酸盐系减水剂、脂肪酸系减水剂、聚羧酸减水剂中的一种或多种，所述碳化硅粉体与减水剂水溶液质量比为1：（0.2～0.4），所述粘结剂与减水剂水溶液质量比为1：（0.4～1）。

所述一定粒度的碳化硅粉体为20目-7000目中的两种或多种。

所述减水剂水溶液质量分数为0.1%~1%。

一种高效吸收微波的碳化硅复合材料的制备方法，包括如下步骤：

a）首先配置质量分数为0.1%~1%的减水剂水溶液，加入与减水剂水溶液质量比为1：（0.4～1）的粘结剂和与减水剂水溶液的质量比为1：（0.2～0.4）的一定粒度的碳化硅粉体，继续搅拌10min~30min，得到混合均匀的碳化硅浆料；

b）将步骤a)中所得到的浆料浇注在模具中，静置干燥处理，退模后得到胚体，然后在一定温度下对胚体进行退火煅烧30min~50min，自然冷却，得到高效吸收微波碳化硅复合材料。

制备方法步骤b）中对胚体的退火温度范围为1000℃~1600℃。

与现有技术相比，本发明优点在于：

（1）区别于传统碳化硅材料，本发明采用一定粒度的碳化硅粉体同时加入粘结剂、减水剂制备碳化硅复合材料，具有更高的吸收微波转化为热量的效率。

（2）在制备浆料时加入粘结剂后，在较低温度下即可实现烧结，大大降低了烧结温度。

（3）在制备浆料时加入减水剂后，会减少水的用量，进而提高碳化硅颗粒的密度同时保证浆料具有很好的流动性。

（4）本发明提供的高效吸收微波碳化硅复合材料及其制备方法，制备工艺简单，材料的碳化硅密度高，在较低煅烧温度下即可拥有较高的抗弯强度。

附图说明

图1是本发明的碳化硅复合材料弯曲强度与烧结温度的关系；

图2是本发明的碳化硅复合材料在700W微波的作用下的升温曲线。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

本实施例高效吸收微波碳化硅复合材料以20目的碳化硅颗粒和300目的碳化硅粉末为原料，加入硅酸锆和硅酸钠水溶液，通过浇注烧结处理制备而成。

本实施例高效吸收微波碳化硅复合材料的制备方法，包括如下步骤：

a）配置质量分数为0.1%的硅酸钠水溶液6.6g，在电动搅拌器的作用下依次缓慢加入16.5g硅酸锆、13g20目的碳化硅颗粒和20g300目的碳化硅粉末，继续搅拌10分钟得到混合均匀的碳化硅浆料。

b）以上述得到的碳化硅浆料为浇注液，浇注在模具中，静置干燥退模后，在1000℃温度下进行煅烧30分钟，自然冷却，达到了吸收微波材料所要求的标准弯曲强度，并得到了高效吸收微波碳化硅复合材料。

本实施例在上述粒度、配比及烧结温度持续变化下，所达到的弯曲强度为：1200℃烧结温度下达到30MPa，1300℃烧结温度下达到45MPa，1400℃烧结温度下达到55MPa，1500℃烧结温度下达到70MPa。

实施例2

本实施例高效吸收微波碳化硅复合材料以40目的碳化硅颗粒、320目的碳化硅粉末和4000目的碳化硅粉末为原料，加入黏土和聚萘甲醛磺酸钠水溶液，通过浇注烧结处理制备而成。

本实施例高效吸收微波碳化硅复合材料的制备方法，包括如下步骤：

a）配置质量分数为0.5%的聚萘甲醛磺酸钠水溶液6.6g，在电动搅拌器的作用下依次缓慢加入22g黏土、1.3g40目的碳化硅颗粒、5g320目的碳化硅粉末和3g4000目的碳化硅粉末，继续搅拌20分钟得到混合均匀的碳化硅浆料。

b）以上述得到的碳化硅浆料为浇注液，浇注在模具中，静置干燥退模后，在1300℃温度下进行煅烧40分钟，自然冷却，达到了吸收微波材料所要求的标准弯曲强度，并得到了高效吸收微波碳化硅复合材料。

本实施例在上述粒度、配比及烧结温度持续变化下，所达到的弯曲强度为：1400℃烧结温度下达到55MPa，1500℃烧结温度下达到70MPa。

实施例3

本实施例高效吸收微波碳化硅复合材料以400目的碳化硅粉末和7000目的碳化硅粉末为原料，加入陶土和木质素磺酸钠水溶液，通过浇注烧结处理制备而成。

本实施例高效吸收微波碳化硅复合材料的制备方法，包括如下步骤：

a）配置质量分数为1%的木质素磺酸钠水溶液10g，在电动搅拌器的作用下依次缓慢加入25g陶土、5g400目的碳化硅粉末和5g7000目的碳化硅粉末，继续搅拌30分钟得到混合均匀的碳化硅浆料。

b）以上述得到的碳化硅浆料为浇注液，浇注在模具中，静置干燥退模后，在1600℃温度下进行煅烧50分钟，自然冷却，达到了吸收微波材料所要求的标准弯曲强度，并得到了高效吸收微波碳化硅复合材料。

该复合材料在700W微波的作用下，升温曲线如图2所示，在200℃到1000℃的温度范围内，平均升温速度达到508.04℃/min，其中在545.72℃具有最大升温速度，为567.81℃/min，此时该碳化硅复合材料具有最高的吸收微波转换为热量的效率。

综上所述，本发明采用一定粒度的碳化硅粉体同时加入粘结剂、减水剂制备碳化硅复合材料，由于传统烧结温度需在2100℃下才能达到吸收微波材料的基本指标，能耗及成本较高，而本发明通过一定粒度、配比，在较低煅烧温度下即可拥有较高的抗弯强度，材料的碳化硅密度高，具有更高的吸收微波转化为热量的效率。

上面以举例方式对本发明进行了说明，但本发明不限于上述具体实施例，凡基于本发明所做的任何改动或变型均属于本发明要求保护的范围。

Claims (5)

1.一种高效吸收微波的碳化硅复合材料，其特征在于，该材料以一定粒度的碳化硅粉体为原料，加入粘结剂和减水剂水溶液，通过浇注烧结处理制备而成，所述粘结剂为硅酸锆、陶土、粘土中的一种，所述减水剂为硅酸钠、木质素磺酸盐、萘磺酸盐甲醛聚合物、氨基磺酸盐系减水剂、脂肪酸系减水剂、聚羧酸减水剂中的一种或多种，所述碳化硅粉体与减水剂水溶液质量比为1：（0.2～0.4），所述粘结剂与减水剂水溶液质量比为1：（0.4～1）。

2.根据权利要求1所述的一种高效吸收微波的碳化硅复合材料，其特征在于，所述一定粒度的碳化硅粉体为20目-7000目中的两种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种高效吸收微波的碳化硅复合材料，其特征在于，所述减水剂水溶液质量分数为0.1%~1%。

4.一种权利要求1所述的高效吸收微波碳化硅复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

a）首先配置质量分数为0.1%~1%的减水剂水溶液，加入与减水剂水溶液质量比为1：（0.4～1）的粘结剂和与减水剂水溶液的质量比为1：（0.2～0.4）的一定粒度的碳化硅粉体，继续搅拌10min~30min，得到混合均匀的碳化硅浆料；

b）将步骤a)中所得到的浆料浇注在模具中，静置干燥处理，退模后得到胚体，然后在一定温度下对胚体进行退火煅烧30min~50min，自然冷却，得到高效吸收微波碳化硅复合材料。

5.根据权利要求4所述的高效吸收微波碳化硅复合材料的制备方法，其特征在于，该制备方法步骤b）中对胚体的退火温度范围为1000℃~1600℃。