一种防护构件用碳化硅陶瓷基复合材料及其制备方法.pdf

本发明公开了一种防护构件用碳化硅陶瓷基复合材料及其制备方法，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10-13、钛粉6-9、铱粉3-5、玻璃料1-2、硅烷偶联剂A-1711-2、羧甲基纤维素1-2、甘油1-2、硅溶胶3-4、烧结助剂3-5、去离子水80-100；本发明制备的碳化硅复合基陶瓷添加金属粉末增加了碳化硅陶瓷的密度，添加的烧结助剂促进了碳化硅的致密烧结性能，并且可以制备出不同复杂形状和尺寸大小，用于防护构件时可实现工业化生产。

权利要求书
1.  一种防护构件用碳化硅陶瓷基复合材料及其制备方法，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10-13、钛粉6-9、铱粉3-5、玻璃料1-2、硅烷偶联剂A-1711-2、羧甲基纤维素1-2、甘油1-2、硅溶胶3-4、烧结助剂3-5、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所述一种防护构件用碳化硅陶瓷基复合材料及其制备方法，其特征在于，由以下具体步骤制成：
（1）将碳化硅、不锈钢粉末、铱粉、钛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A-171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）将玻璃料加热至熔融，再加入除烧结助剂之外其余剩余的成分，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。

说明书一种防护构件用碳化硅陶瓷基复合材料及其制备方法
技术领域
    本发明涉及一种防护构件用碳化硅陶瓷基复合材料及其制备方法，属于陶瓷生产技术领域。
背景技术
    随着现代科学技术的发展，对新材料的研究和应用不断提出更高的要求，为满足这种日益发展的要求，研究工作者们多年来进行不懈的努力，在材料制备工艺和材料性能等方面都取得了很大的进展。在能源、汽车工业、航天航空等领域要求材料具备良好的耐腐蚀、耐高温、高热传导等性能，对于普通材料是难以满足其要求的。碳化硅陶瓷由于具有高温强度大、抗氧化性强、耐磨损性好、热稳定性佳、热膨胀系数小、热导电率大、硬度高以及抗热震和耐化学腐蚀等优良特性，受到广泛的应用，并在许多高技术领域及基础产业得到应用，如用作精密轴承、密封件、喷嘴、热交换器及防护构件等。碳化硅陶瓷虽然具有优良的性能，但同时碳化硅也是难以直接烧结致密的陶瓷，它是属于共价键性很强的材料，必须加入其他材料增大密度和烧结助剂的作用下才能实现烧结致密。本发明采用添加金属粉末增加碳化硅陶瓷密度，在特制的烧结助剂的作用下采用无压烧结的方式制备各种复杂形状和尺寸的碳化硅防护构件，并且很容易能够实现工业化生产。
发明内容
本发明的目的是提供一种防护构件用碳化硅陶瓷基复合材料及其制备方法。
为了实现本发明的目的，本发明通过以下方案实施：
一种防护构件用碳化硅陶瓷基复合材料及其制备方法，由下列重量份的原料制成：碳化硅70-80、不锈钢粉末10-13、钛粉6-9、铱粉3-5、玻璃料1-2、硅烷偶联剂A-1711-2、羧甲基纤维素1-2、甘油1-2、硅溶胶3-4、烧结助剂3-5、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。
本发明所述一种防护构件用碳化硅陶瓷基复合材料及其制备方法，由以下具体步骤制成：
（1）将碳化硅、不锈钢粉末、铱粉、钛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A-171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）将玻璃料加热至熔融，再加入除烧结助剂之外其余剩余的成分，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：本发明制备的碳化硅复合基陶瓷添加金属粉末增加了碳化硅陶瓷的密度，添加的烧结助剂促进了碳化硅的致密烧结性能，并且可以制备出不同复杂形状和尺寸大小，用于防护构件时可实现工业化生产。
具体实施方案
下面通过具体实例对本发明进行详细说明。
 一种防护构件用碳化硅陶瓷基复合材料及其制备方法，由下列重量份（公斤）的原料制成：碳化硅72、不锈钢粉末10、钛粉9、铱粉4、玻璃料2、硅烷偶联剂A-1712、羧甲基纤维素1、甘油2、硅溶胶4、烧结助剂4、去离子水95；
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。
本发明所述一种防护构件用碳化硅陶瓷基复合材料及其制备方法，由以下具体步骤制成：
（1）将碳化硅、不锈钢粉末、铱粉、钛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A-171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）将玻璃料加热至熔融，再加入除烧结助剂之外其余剩余的成分，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1850°C，保温3小时后缓慢降温到1450°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）：32.3；
弹性模量（GPa）：350；
抗折强度（MPa）：174；
断裂韧性（Mpa/m1/2）：4.24；
热膨胀系数（10-5/K）：1.2；
热传导率（W/mK）：79.5。