CN109468518A - 一种碳化硅复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种碳化硅复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种碳化硅复合材料及其制备方法，由碳化硅作为主原料，所述制备方法包括：依次加入水、铝粉和镁粉在搅拌机内进行混合，然后加入粘结剂继续搅拌、混合；装入模具中冷压成型，施加的压强为10‑25MPa，冷压时间为20min；卸压脱模，将压制好的试样放在烘干箱中以40‑90摄氏度的温度进行烘干；本发明将压制好的不同碳化硅质量的样品分为五组，放入真空热压炉内在不同的温度点进行高温烧结，可以得出五组相应的数据，从而便于使用者对碳化硅的烧结状态进行观察和记录，方便后续改进，通过将碳化硅成品浸泡于耐高温涂料中，可以增加碳化硅成品的耐高温性能，使其可以在高温环境下正常作业。

Description

一种碳化硅复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及碳化硅制备技术领域，具体是一种碳化硅复合材料及其制备方法。
背景技术
金刚砂又名碳化硅(SiC)是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生产绿色碳化硅时需要加食盐)等原料通过电阻炉高温冶炼而成。碳化硅在大自然也存在罕见的矿物，莫桑石，碳化硅又称碳硅石，在当代C、N、B等非氧化物高技术耐火原料中，碳化硅为应用最广泛、最经济的一种，可以称为金钢砂或耐火砂，目前中国工业生产的碳化硅分为黑色碳化硅和绿色碳化硅两种，均为六方晶体，比重为3.20-3.25，显微硬度为2840-3320kg/mm2，碳化硅复合材料是由多种材料混合而成的复合材料，其广泛应用于汽车零件、散热片和泵轴上。
但是现有的碳化硅复合材料在制备中需要进行烧结处理，而材料在不同温度下的烧结效果不同，容易使材料的制备质量有所下降，同时制备后的碳化硅复合材料缺乏一定的耐高温性能，使其难以适应高温环境下的正常作业。因此，本领域技术人员提供了一种碳化硅复合材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碳化硅复合材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种碳化硅复合材料及其制备方法，由碳化硅作为主原料，所述制备方法包括：
1)、依次加入水、铝粉和镁粉在搅拌机内进行混合，然后加入粘结剂继续搅拌、混合；2)、装入模具中冷压成型，施加的压强为10-25MPa，冷压时间为20min；3)、卸压脱模，将压制好的试样放在烘干箱中以40-90摄氏度的温度进行烘干；4)、将烘干后的试样进行低温排胶，随后将排胶后的试样放入真空热压炉内烧结，方法为：先将真空热压炉升温至500-650摄氏度，升温速率为1h，随后进行保温2h，2h后继续升温至所需温度点进行高温烧结即得成品；随后将成分为45％-70％石英粉、20％-45％水玻璃、4％-6％水溶性树脂和4％-8％水倒入搅拌机内进行搅拌，得出相应的耐高温涂料，其中搅拌时间为20min，其中加入各组分的质量份：水120-150份，铝粉60份，镁粉60份，碳化硅110份，粘结剂5份。
作为本发明进一步的方案：所述铝粉的粒度为100-200目，所述镁粉的粒度为100-200目，所述碳化硅的的粒度为1.5微米。
作为本发明再进一步的方案：所述混合的加料顺序为先加水、再加碳化硅、然后加镁粉和铝粉，最后加粘结剂，所述粘结剂为聚氯乙烯粘结剂、丙烯酸压敏粘结剂和聚亚胺酯树脂粘结剂的一种或多种。
作为本发明再进一步的方案：所述烘干箱的的烘干时间为1.5-2.5h，且烘干箱的功率为1.5KW，所述烘干箱采用鼓风式烘干，且烘干箱采用镀锌板作为内胆。
作为本发明再进一步的方案：所述碳化硅的具体烧结步骤：将压制好的不同碳化硅质量的样品分为五组，放入真空热压炉内在不同的温度点进行高温烧结，烧结温度点：800摄氏度、850摄氏度、900摄氏度、950摄氏度和1000摄氏度，
a、800摄氏度试样烧结设定：1个小时升温至500摄氏度，保温1小时，保温后再用1小时升温至600摄氏度，保温2小时，最后冷却至室温，取出试样；
b、850摄氏度试样烧结设定：1个小时升温至500摄氏度，保温1小时，保温后再用1小时升温至700摄氏度，保温2小时，最后冷却至室温，取出试样；
c、900摄氏度试样烧结设定：1个小时升温至450摄氏度，保温1小时，保温后再用1.5小时升温至800摄氏度，保温2小时，最后冷却至室温，取出试样；
d、950摄氏度试样烧结设定：1个小时升温至450摄氏度，保温1小时，保温后再用1.5小时升温至900摄氏度，保温2小时，最后冷却至室温，取出试样；
e、1000摄氏度试样烧结设定：1个小时升温至450摄氏度，保温1小时，保温后再用1.5小时升温至1000摄氏度，保温2小时，最后冷却至室温，取出试样。
作为本发明再进一步的方案：将碳化硅复合材料浸泡于耐高温涂料中，15min后取出，通过烘干机对碳化硅复合材料进行烘干处理，其中烘干温度为50-70摄氏度，烘干时间为5min，此时碳化硅复合材料的表面形成(0.2-1微米)致密的保护层，起到隔绝空气的作用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明将压制好的不同碳化硅质量的样品分为五组，放入真空热压炉内在不同的温度点进行高温烧结，可以得出五组相应的数据，从而便于使用者对碳化硅的烧结状态进行观察和记录，方便后续改进，通过将碳化硅成品浸泡于耐高温涂料中，可以增加碳化硅成品的耐高温性能，使其可以在高温环境下正常作业，同时本设计制备方法简单，造价较低，增加了碳化硅的耐高温性能，可大面积推广使用。
具体实施方式
本发明实施例中，一种碳化硅复合材料及其制备方法，由碳化硅作为主原料，所述制备方法包括：
1)、依次加入水、铝粉和镁粉在搅拌机内进行混合，然后加入粘结剂继续搅拌、混合；2)、装入模具中冷压成型，施加的压强为10-25MPa，冷压时间为20min；3)、卸压脱模，将压制好的试样放在烘干箱中以40-90摄氏度的温度进行烘干；4)、将烘干后的试样进行低温排胶，随后将排胶后的试样放入真空热压炉内烧结，方法为：先将真空热压炉升温至500-650摄氏度，升温速率为1h，随后进行保温2h，2h后继续升温至所需温度点进行高温烧结即得成品；随后将成分为45％-70％石英粉、20％-45％水玻璃、4％-6％水溶性树脂和4％-8％水倒入搅拌机内进行搅拌，得出相应的耐高温涂料，其中搅拌时间为20min，其中加入各组分的质量份：水120-150份，铝粉60份，镁粉60份，碳化硅110份，粘结剂5份。
优选的：所述铝粉的粒度为100-200目，所述镁粉的粒度为100-200目，所述碳化硅的的粒度为1.5微米。
优选的：所述混合的加料顺序为先加水、再加碳化硅、然后加镁粉和铝粉，最后加粘结剂，所述粘结剂为聚氯乙烯粘结剂、丙烯酸压敏粘结剂和聚亚胺酯树脂粘结剂的一种或多种。
优选的：所述烘干箱的的烘干时间为1.5-2.5h，且烘干箱的功率为1.5KW，所述烘干箱采用鼓风式烘干，且烘干箱采用镀锌板作为内胆。
优选的：所述碳化硅的具体烧结步骤：将压制好的不同碳化硅质量的样品分为五组，放入真空热压炉内在不同的温度点进行高温烧结，烧结温度点：800摄氏度、850摄氏度、900摄氏度、950摄氏度和1000摄氏度，
a、800摄氏度试样烧结设定：1个小时升温至500摄氏度，保温1小时，保温后再用1小时升温至600摄氏度，保温2小时，最后冷却至室温，取出试样；
b、850摄氏度试样烧结设定：1个小时升温至500摄氏度，保温1小时，保温后再用1小时升温至700摄氏度，保温2小时，最后冷却至室温，取出试样；
c、900摄氏度试样烧结设定：1个小时升温至450摄氏度，保温1小时，保温后再用1.5小时升温至800摄氏度，保温2小时，最后冷却至室温，取出试样；
d、950摄氏度试样烧结设定：1个小时升温至450摄氏度，保温1小时，保温后再用1.5小时升温至900摄氏度，保温2小时，最后冷却至室温，取出试样；
e、1000摄氏度试样烧结设定：1个小时升温至450摄氏度，保温1小时，保温后再用1.5小时升温至1000摄氏度，保温2小时，最后冷却至室温，取出试样。
优选的：将碳化硅复合材料浸泡于耐高温涂料中，15min后取出，通过烘干机对碳化硅复合材料进行烘干处理，其中烘干温度为50-70摄氏度，烘干时间为5min，此时碳化硅复合材料的表面形成(0.2-1微米)致密的保护层，起到隔绝空气的作用。
以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种碳化硅复合材料及其制备方法，其特征在于，由碳化硅作为主原料，所述制备方法包括：
1)、依次加入水、铝粉和镁粉在搅拌机内进行混合，然后加入粘结剂继续搅拌、混合；2)、装入模具中冷压成型，施加的压强为10-25MPa，冷压时间为20min；3)、卸压脱模，将压制好的试样放在烘干箱中以40-90摄氏度的温度进行烘干；4)、将烘干后的试样进行低温排胶，随后将排胶后的试样放入真空热压炉内烧结，方法为：先将真空热压炉升温至500-650摄氏度，升温速率为1h，随后进行保温2h，2h后继续升温至所需温度点进行高温烧结即得成品；随后将成分为45％-70％石英粉、20％-45％水玻璃、4％-6％水溶性树脂和4％-8％水倒入搅拌机内进行搅拌，得出相应的耐高温涂料，其中搅拌时间为20min，其中加入各组分的质量份：水120-150份，铝粉60份，镁粉60份，碳化硅110份，粘结剂5份。
2.根据权利要求1所述的一种碳化硅复合材料及其制备方法，其特征在于，所述铝粉的粒度为100-200目，所述镁粉的粒度为100-200目，所述碳化硅的的粒度为1.5微米。
3.根据权利要求1所述的一种碳化硅复合材料及其制备方法，其特征在于，所述混合的加料顺序为先加水、再加碳化硅、然后加镁粉和铝粉，最后加粘结剂，所述粘结剂为聚氯乙烯粘结剂、丙烯酸压敏粘结剂和聚亚胺酯树脂粘结剂的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种碳化硅复合材料及其制备方法，其特征在于，所述烘干箱的的烘干时间为1.5-2.5h，且烘干箱的功率为1.5KW，所述烘干箱采用鼓风式烘干，且烘干箱采用镀锌板作为内胆。
5.根据权利要求1所述的一种碳化硅复合材料及其制备方法，其特征在于，所述碳化硅的具体烧结步骤：将压制好的不同碳化硅质量的样品分为五组，放入真空热压炉内在不同的温度点进行高温烧结，烧结温度点：800摄氏度、850摄氏度、900摄氏度、950摄氏度和1000摄氏度，
a、800摄氏度试样烧结设定：1个小时升温至500摄氏度，保温1小时，保温后再用1小时升温至600摄氏度，保温2小时，最后冷却至室温，取出试样；
b、850摄氏度试样烧结设定：1个小时升温至500摄氏度，保温1小时，保温后再用1小时升温至700摄氏度，保温2小时，最后冷却至室温，取出试样；
c、900摄氏度试样烧结设定：1个小时升温至450摄氏度，保温1小时，保温后再用1.5小时升温至800摄氏度，保温2小时，最后冷却至室温，取出试样；
d、950摄氏度试样烧结设定：1个小时升温至450摄氏度，保温1小时，保温后再用1.5小时升温至900摄氏度，保温2小时，最后冷却至室温，取出试样；
e、1000摄氏度试样烧结设定：1个小时升温至450摄氏度，保温1小时，保温后再用1.5小时升温至1000摄氏度，保温2小时，最后冷却至室温，取出试样。
6.根据权利要求1所述的一种碳化硅复合材料及其制备方法，其特征在于，将碳化硅复合材料浸泡于耐高温涂料中，15min后取出，通过烘干机对碳化硅复合材料进行烘干处理，其中烘干温度为50-70摄氏度，烘干时间为5min，此时碳化硅复合材料的表面形成(0.2-1微米)致密的保护层，起到隔绝空气的作用。
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