CN109516807B - 一种碳化硅—膨胀石墨复合材料型坯及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碳化硅—膨胀石墨复合材料型坯及其制备方法，该碳化硅—膨胀石墨复合材料由碳化硅粉、膨胀石墨、粘合剂、硬化剂组成，该碳化硅—膨胀石墨复合材料型坯制备方法如下：分别将碳化硅粉与DBE硬化剂、膨胀石墨与水玻璃粘合剂充分搅拌混合均匀；再将混有水玻璃的膨胀石墨和混有硬化剂的碳化硅粉充分搅拌混合均匀后，加入到模具中用平板硫化机压制成型，所用原料方便易得，工艺操作简便，能够较大程度地降低生产成本。

Description

一种碳化硅—膨胀石墨复合材料型坯及其制备方法
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，尤其涉及一种碳化硅—膨胀石墨复合材料型坯及其制备方法。
背景技术
碳化硅—石墨复合材料具强度大、硬度高、耐热性、高耐腐蚀性能以及生物相容性良好等特点，因而在各领域得到了广泛应用：（1）作为冶金、化工、石油机械摩擦部件的结构材料，制成密封环、止推轴承或滑动轴承等部件；（2）可以作为假关节、牙根、心脏瓣膜材料；（3）用作冶金坩埚、蒸发舟皿、高温热电偶保护配件材料。
烧结法是制备碳化硅—石墨复合材料的一种重要方法：将碳化硅、石墨和粘合剂混合均匀后，压制成型坯，置入高温烧结炉烧结成型。烧结法工艺流程短、操作简便，生产成本低，可以根据用途需求制备各种形状的制品；其中粘合剂与碳化硅和石墨的相容性直接影响型坯质量，而且如果所用粘合剂烧结后残留组分与基体组分不相容，也对烧结后的产品性能带来影响。
鳞片石墨经过化学或电化学插层处理、高温瞬时膨胀形成疏松的蠕虫状膨胀石墨。膨胀石墨粒子中含有大量的网络状孔洞结构，孔壁由纳米级厚度的石墨片层叠合而成，其表面含有大量的含氧极性基团，因此膨胀石墨具有密度小、比表面积大，与各类极性物质的相容性好的特点。
发明内容
本发明根据碳化硅—石墨复合材料烧结法制备原理和膨胀石墨的结构性能特点，提供一种碳化硅—膨胀石墨复合材料型坯及其制备方法。
为了实现上述的目的，本发明提供以下技术方案：
一种碳化硅—膨胀石墨复合材料型坯，由以下重量份数的原料制成：
碳化硅粉 50-60
膨胀石墨 50-60
粘合剂 10-20
硬化剂 1-5
所述粘合剂为38-42波美度、2.2-3.4模数的钠水玻璃。
所述硬化剂为二价酸酯（DBE）混合物，由己二酸二甲酯、戊二酸二甲酯和丁二酸二甲酯组成。
其中DBE与碱性的水玻璃作用而发生水解，分解为醇和酸，有机酸与水玻璃反应生成硅凝胶，将膨胀石墨和碳化硅粉包覆在凝胶网络中，从而实现逐步硬化。
本发明的另一个目的在于提供一种碳化硅—膨胀石墨复合材料型坯的制备方法，包括以下步骤：
（1）按重量份称量碳化硅粉、硬化剂，充分搅拌混合均匀后备用；
（2）按重量份称量膨胀石墨、粘合剂，充分搅拌混合均匀后备用；
（3）将步骤1、2所制备的混有硬化剂的碳化硅粉和混有粘合剂的膨胀石墨充分搅拌混合均匀；
（4）将步骤3所制备的混合物料加入到模具中，放入平板式硫化机，以10-20MPa的成型压力在室温下保持1-2小时后脱模，即可得到用于烧结成型的碳化硅—膨胀石墨复合材料型坯。
本发明的优点是：
1、本发明碳化硅—石墨复合材料利用膨胀石墨表面的网络状孔洞、极性基团对水玻璃进行吸附，进而能够保证粘合剂与石墨混合均匀；在后续的高温烧结过程中，吸附在纳米石墨层片表面的水玻璃还可以与石墨反应生成碳化硅形成复合材料的界面层，有利于改善和提高复合材料的性能。
2、本发明利用低毒环保的高沸点二价酸酯作为粘合剂的硬化剂，极大程度地提高了生产安全性，并且该物质为低分子混合物，烧结后不会产生残留。
3、本发明所提供的碳化硅—膨胀石墨复合材料型坯配方组成简单，所用原料方便易得，工艺操作简便，能够较大程度地降低生产成本。
具体实施方式
以下结合具体的实例对本发明的技术方案做进一步说明：
实施例1
一种碳化硅—膨胀石墨复合材料型坯，由以下重量的原料制成：
碳化硅粉 50g
膨胀石墨 60g
钠水玻璃 20g
二价酸酯 3g
其中钠水玻璃为38波美度、3.2模数。
其中硬化剂为市售的商品化二价酸酯（DBE）混合物，由己二酸二甲酯、戊二酸二甲酯和丁二酸二甲酯组成。
一种碳化硅—膨胀石墨复合材料型坯的制备方法，包括以下步骤：
（1）按重量称量碳化硅粉、二价酸酯，充分搅拌混合均匀后备用；
（2）按重量称量膨胀石墨、钠水玻璃，充分搅拌混合均匀后备用；
（3）将步骤1、2所制备的混有二价酸酯的碳化硅粉和混有钠水玻璃的膨胀石墨充分搅拌混合均匀；
（4）将步骤3所制备的混合物料加入到模具中，放入平板式硫化机，以10MPa的成型压力在室温下保持1小时后脱模，即可得到用于烧结成型的碳化硅—膨胀石墨复合材料型坯。
实施例2
一种碳化硅—膨胀石墨复合材料型坯，由以下重量的原料制成：
碳化硅粉 60g
膨胀石墨 50g
钠水玻璃 15g
二价酸酯 2g
其中钠水玻璃为40波美度、2.4模数。
其中硬化剂为市售的商品化二价酸酯（DBE）混合物，由己二酸二甲酯、戊二酸二甲酯和丁二酸二甲酯组成。
一种碳化硅—膨胀石墨复合材料型坯的制备方法，包括以下步骤：
（1）按重量称量碳化硅粉、二价酸酯，充分搅拌混合均匀后备用；
（2）按重量称量膨胀石墨、钠水玻璃，充分搅拌混合均匀后备用；
（3）将步骤1、2所制备的混有二价酸酯的碳化硅粉和混有钠水玻璃的膨胀石墨充分搅拌混合均匀；
（4）将步骤3所制备的混合物料加入到模具中，放入平板式硫化机，以20MPa的成型压力在室温下保持2小时后脱模，即可得到用于烧结成型的碳化硅—膨胀石墨复合材料型坯。

Claims (2)

1.一种碳化硅—膨胀石墨复合材料型坯，其特征在于，由以下重量份数的原料制成：
碳化硅粉 50-60
膨胀石墨 50-60
粘合剂 10-20
硬化剂 1-5；
所述粘合剂为38-42波美度、2.2-3.4模数的钠水玻璃；
所述硬化剂为二价酸酯混合物，由己二酸二甲酯、戊二酸二甲酯和丁二酸二甲酯组成。
2.一种如权利要求1所述的碳化硅—膨胀石墨复合材料型坯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按重量份称量碳化硅粉、硬化剂，充分搅拌混合均匀后备用；
（2）按重量份称量膨胀石墨、粘合剂，充分搅拌混合均匀后备用；
（3）将步骤（1）、（2）所制备的混有硬化剂的碳化硅粉和混有粘合剂的膨胀石墨充分搅拌混合均匀；
（4）将步骤（3）所制备的混合物料加入到模具中，放入平板式硫化机，以10-20MPa的成型压力在室温下保持1-2小时后脱模，即可得到用于烧结成型的碳化硅—膨胀石墨复合材料型坯。
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