CN107778012A - 一种碳化硅复相陶瓷的制备方法 - Google Patents

一种碳化硅复相陶瓷的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种复合陶瓷的制备方法，特别是一种基于石墨烯的层状碳化硅/反应烧结碳化硅复相陶瓷的制备方法。包括：称取碳化硅粗粉Ⅰ、碳化硅细粉Ⅱ、石墨烯纳米片、木炭黑、分散剂、结合剂；将碳化硅粗粉Ⅰ、碳化硅细粉Ⅱ和结合剂加入到分散介质中，放入行星式球磨机中高速球磨；将预分散的石墨烯纳米片、木炭黑与分散剂加入，继续高速球磨；将陶瓷浆料干燥、过筛、加压成型得到素坯；将素坯移入真空烧结炉，素坯上方均匀平铺高纯硅粉，再进行熔渗‑反应烧结，即得本发明复相陶瓷。本发明的层状碳化硅/反应烧结碳化硅复相陶瓷，体积密度＞3.1g/cm3，抗弯强度＞480MPa，断裂韧性＞5.2MPa·m1/2。

Description

一种碳化硅复相陶瓷的制备方法
技术领域
本发明涉及一种复合陶瓷的制备方法，特别是一种基于石墨烯的层状碳化硅/反应烧结碳化硅复相陶瓷的制备方法，属于复合材料技术领域。
背景技术
反应烧结碳化硅是以碳化硅、碳颗粒为坯体，加热条件下使硅熔融，液相硅在毛细管力的作用下渗入坯体，液相硅同碳颗粒反应形成次生β-SiC 颗粒，β-SiC颗粒将坯体中的初始碳化硅颗粒连接起来，同时液相硅填充剩余的孔隙，从而制得致密的碳化硅材料。上述制备过程赋予了反应烧结碳化硅高致密度、低烧结温度、易成型复杂形状部件等优点，因此反应烧结碳化硅在发动机系统、能量转化装置、高温分离领域等有着广泛的应用。
陶瓷材料的性能决定于其化学组成及微观结构。反应烧结碳化硅的组成相包括初始碳化硅、次生碳化硅和游离硅，相组成的均匀性差；尤其是，游离硅的脆性较高，断裂过程中往往成为裂纹扩展的路径。为了提高反应烧结碳化硅的强度、韧性等力学参数，可以加入碳化硼、短纤维、碳化硅晶须、低熔点多元合金等，目的是降低游离硅的含量和尺寸，同时提供多种强韧化机制。然而，上述第二相的引入往往引起反应烧结碳化硅成分不均匀、强度降低，所制备陶瓷的密度一般低于3.10g/cm3，断裂强度一般在 300～450MPa之间，所以陶瓷的综合力学性能一般比较低。所以，选择何种第二相作为增强体，从而提高反应烧结碳化硅的强度、韧性等综合性能一直是反应烧结碳化硅性能研究的核心内容。
发明内容
本发明为了克服现有技术中存在的上述不足，提供一种碳化硅复相陶瓷材料的制备方法，制得的陶瓷力学性能优异。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种碳化硅复相陶瓷的制备方法，包括如下步骤：
1)称取碳化硅粗粉Ⅰ、碳化硅细粉Ⅱ、石墨烯纳米片、木炭黑、分散剂、结合剂；
2)将碳化硅粗粉Ⅰ、碳化硅细粉Ⅱ和结合剂加入到分散介质中，放入行星式球磨机中高速球磨成浆料；然后将预分散的石墨烯纳米片、木炭黑与分散剂加入到浆料中，继续高速球磨得陶瓷浆料；
3)将陶瓷浆料注入到真空旋转干燥器中，快速干燥后得到混合粉体，粉体过筛；
4)将过筛后的粉体装入成型模具，加压成型得到素坯；
5)将素坯移入真空烧结炉，素坯上方均匀平铺高纯硅粉，再进行熔渗 -反应烧结，即得到层状碳化硅/反应烧结碳化硅复相陶瓷。
目前反应烧结碳化硅材料的原料为碳化硅、碳粉和硅粉，碳化硅粉是整个材料的骨架，含量占主体。本发明采用碳化硅粗粉和碳化硅细粉配合使用，是因为粗粉压制成型所形成的孔隙比较大，细粉正好填充这些孔隙，进而提高整个陶瓷的密度。烧结过程中碳与硅发生化学反应，生成次生碳化硅，该次生碳化硅可以结合(粘结)初始的碳化硅，赋予整个陶瓷较高的强度，本发明选用石墨烯纳米片和木炭黑作为反应的碳源，木炭黑生成颗粒状次生碳化硅，石墨烯纳米片生成层状次生碳化硅，而层状次生碳化硅可以显著提高陶瓷的韧性和强度。再者，细粉体都有团聚的趋势，团聚体引起材料结构不均匀、强度降低。本发明中碳化硅细粉、木炭黑需要加分散剂进行分散，尽量使其以单个颗粒的形式存在。加入适量的结合剂再配合后面的干压成型，进一步提高坯体的强度。另外，在本发明复相陶瓷的制备中，先分批将原料球磨成浆料，干燥后过筛除去粗颗粒，提高粉体的均匀性，再通过干压成型，在素坯上方均匀平铺高纯硅粉，硅粉也是制备原料，烧成过程中变成液相，顺着坯体中的毛细管渗入到坯体中，然后与碳发生化学反应生成碳化硅，同时液相硅填充多余的气孔，从而得到致密度高、力学性能优异的陶瓷。
在上述制备方法中，作为优选，碳化硅粗粉Ⅰ与碳化硅细粉Ⅱ的质量比为100:200-300。
在上述制备方法中，作为优选，所述碳化硅粗粉Ⅰ的粒径为20-30μm，碳化硅细粉Ⅱ的粒径为3-8μm。
在本发明复相陶瓷中，粗粉形成骨架，细粉填充孔隙进一步加固骨架，经不断试验发现，将碳化硅粗粉和细粉的粒径分别控制在上述范围时，复相陶瓷的力学性能较优，且原料成本较低。且两种粉体的粒径又决定了粉体的配比，在颗粒堆积理论计算的基础上，经不断实验发现，碳化硅粗粉Ⅰ与碳化硅细粉Ⅱ的质量比为100:200-300时，复相陶瓷的力学性能最佳。如果粗粉过多，所形成的孔隙无法填充，陶瓷密度低；粗粉过少，陶瓷的骨架不稳定，力学性能低。
在上述制备方法中，作为优选，所述石墨烯纳米片的厚度为50-300nm，木炭黑的比表面积为10-18m3/g。厚度在50纳米以下的石墨烯成本较高，太厚的石墨烯纳米片烧结完后尺寸大、反而降低陶瓷强度；10-18m3/g的木炭黑是工业级中比较细的了，更细的成本很高、且容易团聚；比表面积过大，生成的碳化硅颗粒粒径较大，不适合用于本发明。
在上述制备方法中，作为优选，石墨烯纳米片的含量为碳化硅粗粉Ⅰ与碳化硅细粉Ⅱ两者质量之和的1-2％。石墨烯、碳化硅的密度分别为 0.06～0.1m3/g、3.21m3/g，石墨烯质量含量尽管少，但是体积分数大；在本发明复相陶瓷中如果石墨烯纳米片的含量过多，干压成型的时候坯体密度低，可参见“搭桥效应”。
在上述制备方法中，作为优选，木炭黑的含量为碳化硅粗粉Ⅰ与碳化硅细粉Ⅱ两者质量之和的20-30％。在本发明复相陶瓷中，如果木炭黑含量过少，则形成的次生碳化硅比较少，陶瓷强度低；相反如果木炭黑含量过高，硅碳反应是一个体积膨胀的反应，陶瓷中形成微裂纹，强度同样降低。
在上述制备方法中，作为优选，分散剂的含量为碳化硅粗粉Ⅰ与碳化硅细粉Ⅱ两者质量之和的3-5％。在本发明中如果分散剂的含量过低，低于碳化硅总质量的2.8％，在颗粒表面形成的膜层较薄，分散效果不明显；但是如果分散剂的含量过多，超过碳化硅总质量的5％，在颗粒表面形成的膜层较厚，颗粒可能又团聚在一起。
在上述制备方法中，作为优选，所述的分散剂为四甲基氢氧化铵、聚丙烯酸、柠檬酸铵、聚乙二醇中的一种或多种，分散介质为无水乙醇、去离子水中的一种或两种，分散方式为高频超声分散。
在上述制备方法中，作为优选，结合剂的含量为碳化硅粗粉Ⅰ与碳化硅细粉Ⅱ两者质量之和的5-8％。结合剂在本发明的分散介质中的溶解度比较小，如果结合剂的含量过高则需要加多的水溶解，就会增大后续干燥工作量；如果结合剂的含量过少，则会降低压制成型的坯体强度。
在上述制备方法中，作为优选，所述的结合剂为羧甲基纤维素钠、环氧树脂、有机硅、聚乙烯醇中的一种或多种。
进一步优选，所述的结合剂为羧甲基纤维素钠，羧甲基纤维素钠的粘度为800-1200Pa·s。若是粘度太低，则影响结合力，但是粘度更大的又会影响粉体干燥，增加生产成本，所以经试验研究，粘度800-1200Pa·s的羧甲基纤维素钠既能保证较低的生产成本，又可以保证较好的粉体性能。
在上述制备方法中，步骤2)中球磨的介质为高硬度碳化硅球。
在上述制备方法中，步骤3)中真空旋转干燥器干燥时的真空度为 10-20Pa，旋转速度为40-80转/分。
在上述制备方法中，步骤3)中过筛的目数为80-120目。干燥后的粉体过筛除去干燥粉体中的粗颗粒，提高粉体的均匀性。
在上述制备方法中，步骤4)的加压成型采用两步加压法，首先缓慢施加轴向压力到10MPa，排除粉体中的气孔，然后继续升压到30～40MPa，保压时间控制在60～90秒。一般现有技术中一步加压到最高值，粉体中的气体不易排出，坯体的孔隙率较高。而本发明采用两步加压法，首先施加1/3 左右的压力，促进粉体中的气体排出，然后加压到最高值，大大提高素坯的密度和强度。
在上述制备方法中，步骤5)中素坯上方的铺硅量为硅-碳化学反应所需硅量的1.2～1.4倍。
在上述制备方法中，步骤5)中熔渗-反应烧结的温度为1650～1700℃，保温时间1～2小时。加热烧结过程中温度低于800℃时炉膛抽真空到1～5Pa，当温度达到800℃以上炉膛充氩气。硅的熔点为1450℃，继续升温到 1650～1700℃液相硅的流动性较好，能快速渗透陶瓷坯体，但是若温度超过 1700℃会加剧挥发，反而影响效果；碳化硅在高温下容易发生氧化反应变成二氧化硅，石墨烯纳米片和木炭黑也容易氧化变成二氧化碳，抽真空和充氮气都是为了排除氧气、避免氧化，低温时真空度比较高，所以将炉膛抽真空到1～5Pa直至加热到800℃，在达到800℃后，充入氩气或氮气。
在上述制备方法中，层状碳化硅/反应烧结碳化硅复相陶瓷熔渗-反应烧结后降温到室温，用喷砂机将陶瓷表面喷砂除去附着的硅球。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明通过合理配合复相陶瓷的成分，选用不同粒径的碳化硅粗粉Ⅰ、碳化硅细粉Ⅱ，以及石墨烯纳米片、木炭黑，其中石墨烯纳米片为硅-碳反应提供了碳源，与硅反应后生成的碳化硅具有典型的层状结构，而层状结构的增强体有利于消耗断裂能，从而提高反应烧结碳化硅陶瓷的力学性能。且本发明先分批将原料球磨成浆料，干燥后过筛除去粗颗粒，提高粉体的均匀性，再通过干压成型，在素坯上方均匀平铺高纯硅粉，硅粉也是制备原料，烧成过程中变成液相，顺着坯体中的毛细管渗入到坯体中，然后与碳发生化学反应生成碳化硅，同时液相硅填充多余的气孔，从而得到致密度高、力学性能优异的陶瓷。本发明的层状碳化硅/反应烧结碳化硅复相陶瓷，体积密度＞3.1g/cm3，抗弯强度＞480MPa，断裂韧性＞5.2MPa·m1/2，相比单一反应碳化硅陶瓷其力学性能明显改善。
附图说明
图1本发明实例1所用石墨烯纳米片的SEM图。
图2本发明实例1所制得的碳化硅复相陶瓷的断面。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例结合附图说明，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
1)准确称量碳化硅粗粉Ⅰ100g、碳化硅细粉Ⅱ250g、石墨烯纳米片5g、木炭黑88g、四甲基氢氧化铵14g和羧甲基纤维素钠21g；碳化硅粗粉Ⅰ的粒径为20～30μm，碳化硅细粉Ⅱ的粒径为3～8μm；石墨烯纳米片的厚度为 50～300nm，木炭黑的比表面积为10-18m3/g；
2)将碳化硅粗粉Ⅰ、碳化硅细粉Ⅱ和羧甲基纤维素钠加入到分散介质乙醇-去离子水中，放入行星式球磨机中高速球磨6h，得到浆料；然后将预分散石墨烯纳米片、木炭黑与四甲基氢氧化铵加入到浆料中，继续高速球磨12h，得陶瓷浆料；其中，球磨的介质为高硬度碳化硅球；羧甲基纤维素钠的粘度为800-1200Pa·s；
3)将均匀混合的陶瓷浆料注入到真空旋转干燥器中，快速干燥后得到混合粉体，粉体过筛，过筛的目数为100目；真空旋转干燥器干燥时的真空度为15Pa，旋转速度为60转/分；
4)粉体装入成型模具，先缓慢施加轴向压力到10MPa，排除粉体中的气孔，然后继续升压到35MPa，保压时间控制在80秒；
5)将素坯移入真空烧结炉，素坯上方均匀平铺280g高纯硅粉，进行熔渗-反应烧结，加热烧结过程中先将炉膛抽真空到4Pa，然后缓慢升温到 800℃，当温度达到800℃以上时炉膛充氩气，持续加热至1680℃，保温时间1.5小时，最后降温到室温，用喷砂机将陶瓷表面进行喷砂除去附着的硅球，即得到层状碳化硅/反应烧结碳化硅复相陶瓷。
本实施例中的石墨烯纳米片如图1所示，纳米片由多层石墨烯构成，厚度300nm左右，层与层之间的界面比较明显。如图2为本实施例中制得的层状碳化硅-反应烧结碳化硅复相陶瓷的断面SEM图，石墨烯纳米片经烧结后变为层状碳化硅；陶瓷断裂时裂纹沿着层状碳化硅扩展，该扩展过程裂纹比较曲折，需要消耗的断裂能比较大，因此陶瓷不容易断裂，表现为“强度韧性得到显著提高”。
实施例2
1)准确称量碳化硅粗粉Ⅰ100g、碳化硅细粉Ⅱ220g、石墨烯纳米片6g、木炭黑90g、聚丙烯酸13g和环氧树脂22g；碳化硅粗粉Ⅰ的粒径为 20～30μm，碳化硅细粉Ⅱ的粒径为3～8μm；石墨烯纳米片的厚度为 50～300nm，木炭黑的比表面积为10-18m3/g；
2)将碳化硅粗粉Ⅰ、碳化硅细粉Ⅱ和环氧树脂加入到分散介质乙醇- 去离子水中，放入行星式球磨机中高速球磨6h，得浆料；然后将预分散石墨烯纳米片、木炭黑与聚丙烯酸加入到浆料中，继续高速球磨12h，得陶瓷浆料；其中，球磨的介质为高硬度碳化硅球；
3)将均匀混合的陶瓷浆料注入到真空旋转干燥器中，快速干燥后得到混合粉体，粉体过筛，过筛的目数为80目；真空旋转干燥器干燥时的真空度为12Pa，旋转速度为50转/分；
4)粉体装入成型模具，先缓慢施加轴向压力到10MPa，排除粉体中的气孔，然后继续升压到32MPa，保压时间控制在80秒；
5)将素坯移入真空烧结炉，素坯上方均匀平铺280g高纯硅粉，进行熔渗-反应烧结，加热烧结过程中先将炉膛抽真空到2Pa，然后缓慢升温到 800℃，当温度达到800℃以上时炉膛充氮气，持续加热至1660℃，保温时间1小时，最后降温到室温，用喷砂机将陶瓷表面进行喷砂除去附着的硅球，即得到层状碳化硅/反应烧结碳化硅复相陶瓷。
实施例3
1)准确称量碳化硅粗粉Ⅰ100g、碳化硅细粉Ⅱ280g、石墨烯纳米片4.5g、木炭黑84g、四甲基氢氧化铵13g和有机硅25g；碳化硅粗粉Ⅰ的粒径为20～30μm，碳化硅细粉Ⅱ的粒径为3～8μm；石墨烯纳米片的厚度为 50～300nm，木炭黑的比表面积为10-18m3/g；
2)将碳化硅粗粉Ⅰ、碳化硅细粉Ⅱ和有机硅加入到分散介质乙醇中，放入行星式球磨机中高速球磨5h，得浆料；然后将预分散石墨烯纳米片、木炭黑与四甲基氢氧化铵加入到浆料中，继续高速球磨10h，得陶瓷浆料；其中，球磨的介质为高硬度碳化硅球；
3)将均匀混合的陶瓷浆料注入到真空旋转干燥器中，快速干燥后得到混合粉体，粉体过筛，过筛的目数为100目；真空旋转干燥器干燥时的真空度为18Pa，旋转速度为70转/分；
4)粉体装入成型模具，先缓慢施加轴向压力到10MPa，排除粉体中的气孔，然后继续升压到38MPa，保压时间控制在65秒；
5)将素坯移入真空烧结炉，素坯上方均匀平铺300g高纯硅粉，进行熔渗-反应烧结，加热烧结过程中先将炉膛抽真空到4Pa，然后缓慢升温到 800℃，当温度达到800℃以上时炉膛充氩气，持续加热至1690℃，保温时间1小时，最后降温到室温，用喷砂机将陶瓷表面进行喷砂除去附着的硅球，即得到层状碳化硅/反应烧结碳化硅复相陶瓷。
实施例4
1)准确称量碳化硅粗粉Ⅰ100g、碳化硅细粉Ⅱ200g、石墨烯纳米片3g、木炭黑90g、柠檬酸铵9g和有机硅14g；碳化硅粗粉Ⅰ的粒径为20～30μm，碳化硅细粉Ⅱ的粒径为3～8μm；石墨烯纳米片的厚度为50～300nm，木炭黑的比表面积为10-18m3/g；
2)将碳化硅粗粉Ⅰ、碳化硅细粉Ⅱ和有机硅加入到分散介质乙醇-去离子水中，放入行星式球磨机中高速球磨6h，得浆料；然后将预分散石墨烯纳米片、木炭黑与柠檬酸铵加入到浆料中，继续高速球磨12h，得陶瓷浆料；其中，球磨的介质为高硬度碳化硅球；
3)将均匀混合的陶瓷浆料注入到真空旋转干燥器中，快速干燥后得到混合粉体，粉体过筛，过筛的目数为80目；真空旋转干燥器干燥时的真空度为10Pa，旋转速度为40转/分；
4)粉体装入成型模具，先缓慢施加轴向压力到10MPa，排除粉体中的气孔，然后继续升压到30MPa，保压时间控制在90秒；
5)将素坯移入真空烧结炉，素坯上方均匀平铺270g高纯硅粉，进行熔渗-反应烧结，加热烧结过程中先将炉膛抽真空到1Pa，然后缓慢升温到 800℃，当温度达到800℃以上时炉膛充氮气，持续加热至1650℃，保温时间2小时，最后降温到室温，用喷砂机将陶瓷表面进行喷砂除去附着的硅球，即得到层状碳化硅/反应烧结碳化硅复相陶瓷。
实施例5
1)准确称量碳化硅粗粉Ⅰ100g、碳化硅细粉Ⅱ300g、石墨烯纳米片8g、木炭黑120g、聚乙二醇20g和聚乙烯醇32g；碳化硅粗粉Ⅰ的粒径为 20～30μm，碳化硅细粉Ⅱ的粒径为3～8μm；石墨烯纳米片的厚度为 50～300nm，木炭黑的比表面积为10-18m3/g；
2)将碳化硅粗粉Ⅰ、碳化硅细粉Ⅱ和聚乙烯醇加入到分散介质去离子水中，放入行星式球磨机中高速球磨8h，得浆料；然后将预分散石墨烯纳米片、木炭黑与聚乙二醇加入到浆料中，继续高速球磨14h，得陶瓷浆料；其中，球磨的介质为高硬度碳化硅球；
3)将均匀混合的陶瓷浆料注入到真空旋转干燥器中，快速干燥后得到混合粉体，粉体过筛，过筛的目数为120目；真空旋转干燥器干燥时的真空度为20Pa，旋转速度为80转/分；
4)粉体装入成型模具，先缓慢施加轴向压力到10MPa，排除粉体中的气孔，然后继续升压到40MPa，保压时间控制在60秒；
5)将素坯移入真空烧结炉，素坯上方均匀平铺280g高纯硅粉，进行熔渗-反应烧结，加热烧结过程中先将炉膛抽真空到5Pa，然后缓慢升温到 800℃，当温度达到800℃以上时炉膛充氩气，持续加热至1700℃，保温时间1小时，最后降温到室温，用喷砂机将陶瓷表面进行喷砂除去附着的硅球，即得到层状碳化硅/反应烧结碳化硅复相陶瓷。
实施例6
与实施例1的区别仅在于：该实施例6中碳化硅粗粉Ⅰ100g、碳化硅细粉Ⅱ80g。
实施例7
与实施例1的区别仅在于：该实施例7中碳化硅粗粉Ⅰ100g、碳化硅细粉Ⅱ330g。
实施例8
与实施例1的区别仅在于：该实施例8中石墨烯纳米片的厚度为 320-400nm，木炭黑的比表面积为20-30m3/g。
实施例9
与实施例1的区别仅在于：该实施例9中石墨烯纳米片的含量为碳化硅粗粉Ⅰ与碳化硅细粉Ⅱ两者质量之和的0.8％。
实施例10
与实施例1的区别仅在于：该实施例10中石墨烯纳米片的含量为碳化硅粗粉Ⅰ与碳化硅细粉Ⅱ两者质量之和的2.2％。
实施例11
与实施例1的区别仅在于：该实施例11中木炭黑的含量为碳化硅粗粉Ⅰ与碳化硅细粉Ⅱ两者质量之和的18％。
实施例12
与实施例1的区别仅在于：该实施例12中木炭黑的含量为碳化硅粗粉Ⅰ与碳化硅细粉Ⅱ两者质量之和的32％。
实施例13
与实施例1的区别仅在于：该实施例13中分散剂的含量为碳化硅粗粉Ⅰ与碳化硅细粉Ⅱ两者质量之和的2.5％，结合剂的含量为碳化硅粗粉Ⅰ与碳化硅细粉Ⅱ两者质量之和的4.5％。
实施例14
与实施例1的区别仅在于：该实施例14中分散剂的含量为碳化硅粗粉Ⅰ与碳化硅细粉Ⅱ两者质量之和的5.5％，结合剂的含量为碳化硅粗粉Ⅰ与碳化硅细粉Ⅱ两者质量之和的8.5％。
实施例15
与实施例1的区别仅在于：该实施例15中加压成型直接升压至35MPa，即未采用两步加压法。
实施例16
与实施例1的区别仅在于：该实施例16中熔渗-反应烧结的温度为 1600℃。
实施例17
与实施例1的区别仅在于：该实施例17中熔渗-反应烧结的温度为 1720℃。
对比例1
现有技术中普通的碳化硅陶瓷，即成分为常见的碳化硅、碳粉和硅粉。
对比例2
与实施例1的区别仅在于，该对比例2不含有石墨烯纳米片。
对比例3
与实施例1的区别仅在于，该对比例3中干燥后的粉体未经过过筛。
对比例4
与实施例1的区别仅在于，该对比例4中未在素坯上方铺硅。
将实施例1-15及对比例1-4中的陶瓷进行性能测试，测试结果如表1 所示。
表1：实施例1-15及对比例1-4中陶瓷的性能结果
本发明通过合理配比复相陶瓷的成分，选用不同粒径的碳化硅粗粉Ⅰ、碳化硅细粉Ⅱ，以及石墨烯纳米片、木炭黑，其中石墨烯纳米片为硅-碳反应提供了碳源，与硅反应后生成的碳化硅具有典型的层状结构，而层状结构的增强体有利于消耗断裂能，从而提高反应烧结碳化硅陶瓷的力学性能。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (10)

1.一种碳化硅复相陶瓷的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)称取碳化硅粗粉Ⅰ、碳化硅细粉Ⅱ、石墨烯纳米片、木炭黑、分散剂、结合剂；
2)将碳化硅粗粉Ⅰ、碳化硅细粉Ⅱ和结合剂加入到分散介质中，放入行星式球磨机中高速球磨成浆料；然后将预分散的石墨烯纳米片、木炭黑与分散剂加入到浆料中，继续高速球磨得陶瓷浆料；
3)将陶瓷浆料注入到真空旋转干燥器中，快速干燥后得到混合粉体，粉体过筛；
4)将过筛后的粉体装入成型模具，加压成型得到素坯；
5)将素坯移入真空烧结炉，素坯上方均匀平铺高纯硅粉，再进行熔渗-反应烧结，即得到层状碳化硅/反应烧结碳化硅复相陶瓷。
2.根据权利要求1所述的碳化硅复相陶瓷的制备方法，其特征在于，碳化硅粗粉Ⅰ与碳化硅细粉Ⅱ的质量比为100:200-300，所述碳化硅粗粉Ⅰ的粒径为20-30μm，碳化硅细粉Ⅱ的粒径为3-8μm。
3.根据权利要求1所述的碳化硅复相陶瓷的制备方法，其特征在于，所述石墨烯纳米片的厚度为50-300nm，木炭黑的比表面积为10-18m3/g，石墨烯纳米片的含量为碳化硅粗粉Ⅰ与碳化硅细粉Ⅱ两者质量之和的1-2％，木炭黑的含量为碳化硅粗粉Ⅰ与碳化硅细粉Ⅱ两者质量之和的20-30％。
4.根据权利要求1所述的碳化硅复相陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤2)中球磨的介质为高硬度碳化硅球。
5.根据权利要求1所述的碳化硅复相陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤3)中真空旋转干燥器干燥时的真空度为10-20Pa，旋转速度为40-80转/分。
6.根据权利要求1所述的碳化硅复相陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤3)中过筛的目数为80-120目。
7.根据权利要求1所述的碳化硅复相陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤4)的加压成型采用两步加压法，首先施加轴向压力到10MPa，然后继续升压到30～40MPa，保压时间60-90秒。
8.根据权利要求1所述的碳化硅复相陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤5)中素坯上方的铺硅量为硅-碳化学反应所需硅量的1.2-1.4倍。
9.根据权利要求1所述的碳化硅复相陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤5)中熔渗-反应烧结的温度为1650-1700℃，保温时间1-2小时。
10.根据权利要求1所述的碳化硅复相陶瓷的制备方法，其特征在于，碳化硅复相陶瓷熔渗-反应烧结后降温到室温，还包括用喷砂机将陶瓷表面喷砂除去附着的硅球。
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