[发明专利]碳纤维增强多孔型常压烧结碳化硅及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及陶瓷材料技术领域中一种工程陶瓷材料及其制备方法，具体讲是一种碳纤维增强多孔型常压烧结碳化硅及其制备方法。

背景技术

由于常压烧结碳化硅材料具有高强、高硬、耐高温以及几乎耐所有化学介质的突出性能，因此，已广泛应用于航空航天、核电、石油化工、汽车、船舶、冶金等领域。为了进一步扩大其在高参数、重负荷工况及各种尖端技术领域的应用范围，各种个性化、功能型常压烧结碳化硅新型改性材料及复合材料又成为世界各国特别是欧美发达国家业内专家的关注焦点和研发重点。

美国和德国作为现代工程陶瓷材料研究和应用的强国，都先后分别开发成功多孔型常压烧结碳化硅材料和加碳型常压烧结碳化硅材料，主要用于制作机械密封磨擦付及陶瓷轴承，其目的是改善材料的磨擦性能。但二种材料受各自减磨效应作用条件的限制及分别因孔的存在和碳颗粒的加入导致材料机械性能的下降而束缚了其应用价值的提升：

多孔型常压烧结碳化硅材料：其工作原理是，当摩擦付之间流体充分的时候，微孔通过流体动压效应调节磨擦付之间的液膜，从而降低磨擦系数，减少摩擦功耗；当流体不充分的时候，则通过微孔的蓄液作用改善润滑条件。其缺陷是，1、如果磨擦付工作一开始就缺液，也就是说，在微孔尚没有蓄液的情况下发生干磨，那么材料将失去减磨效应；2、微孔往往是陶瓷材料裂纹的起点，机械性能缺陷易在微孔处产生、扩展，最终导致材料破坏，所以微孔的存在势必会导致陶瓷材料机械性能的下降。

加碳型常压烧结碳化硅材料：其工作原理是，利用碳石墨的自润滑性能提高常压烧结碳化硅材料承受干磨擦的能力；在磨擦付工作状态处于边界磨擦时则可起到降低磨擦系数，减少磨损的作用。其缺陷是，1、碳石墨虽属于固体减磨材料，但当摩擦付之间流体充分的时候，加碳型常压烧结碳化硅材料中的碳石墨颗粒却基本上不起作用；2、碳石墨颗粒本身强度较低，而且加碳型常压烧结碳化硅烧结后碳石墨颗粒与碳化硅基体之间易形成薄弱交界，成为缺陷的起源地，所以材料的机械性能明显降低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服以上现有技术的缺陷，提供一种能显著提高常压烧结碳化硅材料的润滑性能和承受干摩擦的能力，且使常压烧结碳化硅材料保持很强的机械性能的碳纤维增强多孔型常压烧结碳化硅。

本发明要解决的另一技术问题是，提供一种碳纤维增强多孔型常压烧结碳化硅的制备方法。

本发明的技术方案是，提供一种碳纤维增强多孔型常压烧结碳化硅，它由以下质量比的原材料制成：SiC微粉∶硼粉∶碳黑∶酚醛树脂∶甲醇为100∶0.3～3∶1～5∶5～10∶120，和在以上原料混合成的浆料中加入体积含量为2％～25％的碳纤维，以及在所述浆料烘干后加入体积含量为2％～20％的石蜡造孔剂；

所述的碳纤维增强多孔型常压烧结碳化硅由以下艺步骤制成：

1)、按SiC微粉∶硼粉∶碳黑∶酚醛树脂∶甲醇为100∶0.3～3∶1～5∶5～10∶120的质量比混合成浆料；

2)、在浆料中加入体积含量为2％～25％的碳纤维并搅拌均匀；

3)、将步骤2)的浆料烘干后与体积含量为2％～20％的石蜡造孔剂搅拌均匀，获得混合粉；

4)、干压或等静压成型，压力为80～200MPa，保压2～20秒；

5)、在2010～2200℃常压烧结，获得碳纤维增强多孔型常压烧结碳化硅材料：炉内气压200～800mbar；升温速率：常温至600℃：100～200℃/小时；600～1000℃：300～400℃/小时；1000～1900℃：400～500℃/小时；1900～2000℃：200℃/小时；2000℃以上：100℃/小时；最后保温30～60分钟；

并在(材料)制成品内部形成体积含量为2％～20％的微孔和含有体积含量为2％～25％的碳纤维，所述微孔的大小为5～200微米。

所述原材料的质量比优选为：SiC微粉∶硼粉∶碳黑∶酚醛树脂∶甲醇为100∶1～2∶2～3.5∶6.5～8.5∶120，并在制成品内部形成体积含量为6％～15％的微孔和含有体积含量为6％～15％的碳纤维，所述微孔的大小为30～130微米。

所述SiC微粉即碳化硅微粉的直径优选小于0.68微米，纯度优选大于99％。

本发明的另一技术方案是，提供一种碳纤维增强多孔型常压烧结碳化硅的制备方法，以碳化硅微粉为基料，用硼粉、碳黑为烧结剂，酚醛树脂为粘接剂，甲醇为溶剂，混成浆料，再加入碳纤维搅拌，烘干后混匀石蜡造孔剂，干压或等静压成型，常压烧结即成；其具体工艺步骤如下：