[发明专利]一种制备碳化硅木质陶瓷的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备碳化硅木质陶瓷的方法。

背景技术

碳化硅陶瓷是工程陶瓷中的一个重要材料体系，它可以通过多种烧结工艺来制 备，包括无压烧结、热压烧结、等静压烧结和反应烧结等，其中，反应烧结工艺具 有烧结温度低、反应时间短、原料纯度要求低、可制备复杂形状制品等优点，因而 是一种成本低、适用面广的碳化硅陶瓷制备工艺。

近十多年来，木质材料也被用于反应烧结工艺制备碳化硅陶瓷(称之为SiC木 质陶瓷)，其方法是将木材、密度板和木粉/树脂基复合材料等作为木质坯体在氮 气气氛保护条件下热解得到多孔炭坯，然后对其在高温下进行渗硅制备出SiC木质 陶瓷。由于采用了自然界生长的木材作为原料，因而与传统生产工艺利用化学方法 制备陶瓷原料相比更具有环保的优势。但是，研究结果和反应烧结理论表明，用上 述木质材料制备SiC木质陶瓷的技术并不具备实际应用价值：木材是一种天然多孔 材料，因微观结构的复杂性而使其孔径具有宽分布的特征；又因树木生长环境、木 材所处树干部位等的差异而使其孔径分布具有较大的变异性，同时某些结构缺陷的 存在也导致孔径分布和孔隙特征的变化。直接采用木材制备SiC木质陶瓷时，由于 木材密度低，结构波动性大，所制备的陶瓷密度也低，力学性能不甚理想且可靠性 差；采用纤维板为原料时，结构均一性得到提高，但密度仍然偏低，所制备的陶瓷 密度仍然偏低；采用木粉/树脂基复合材料作为原料时，可以得到高密度的SiC木 质陶瓷，但原料体系中引入的树脂粉使陶瓷中残碳量过高，限制了其力学性能的进 一步提高。

因此有必要开发一种新的SiC木质陶瓷制备技术，尤其是要获得微观结构理想 的木质坯体及多孔炭坯，使所制备的陶瓷兼有高力学性能和高可靠性两方面的优 点，这对于SiC木质陶瓷的实际应用具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备碳化硅木质陶瓷的方法。

本发明所提供的制备碳化硅木质陶瓷方法解决现有碳化硅木质陶瓷制备技术 存在的缺点，提供一种原料易得、工艺简单易行、陶瓷结构可调控的碳化硅木质陶 瓷制备方法，可以制备高力学性能和高可靠性的碳化硅木质陶瓷。

本发明所提供的制备碳化硅木质陶瓷方法是将由细度为100-800目的木粉制成 的坯体炭化，获得炭坯；用液相渗硅或者气相渗硅的方法使所述炭坯与硅形成碳化 硅木质陶瓷。

所述细度为100-800目的木粉可从商业途径获得，也可以将阔叶类树木木材、 针叶树木木材或一年生草本植物秆茎或者是它们的混合物用木粉机粉碎获得。木材 粉碎可将木材这种孔径分布宽、变异大的块体材料转变为一种具有窄分布孔径结构 特征的粉体材料。

所述坯体由所述木粉热压成型或辊压成型制成。木质素是构成木材的一个重要 化学成分，它具有热塑性，使得木材具有自粘性，木粉的热压成型和辊压成型正是 基于木材的这一性质。木粉的热塑性还随木材含水率的升高而增大。通过调节木粉 含水率可以实现在不同温度下的热压成型或辊压成型。所述木粉的含水率可为 0-80g/100g。当然，所述木粉的含水率也可为0-5g/100g、0-35g/100g、5-35g/100g、 5-80g/100g或35-80g/100g。所述热压成型或辊压成型的温度可为120-220℃，当 然也包括120-155℃、120-185℃、155-185℃、155-220℃或185-220℃这样的范围。

木材经粉碎和热压成型或辊压成型制成所述的坯体，所述的坯体孔径呈单分布 的特征，通过树种选择、木粉细度控制以及成型条件的控制可以获得具有理想微观 孔结构的木质坯体，使之适用于制备高力学性能和高可靠性碳化硅木质陶瓷。

所述的坯体的炭化温度可为600-1600℃，当然，所述炭化温度也可以为 600-1200℃、600-1500℃、1200-1500℃、1200-1600℃或1500-1600℃。

所述液相渗硅的方法为本领域中通用的方法，在本发明中具体可为所述碳坯与 硅在真空度0.1-30Pa、温度1450-1800℃进行反应。

所述真空度也可为0.1-3Pa、1-10Pa或20-30Pa。所述温度也可为1450-1600℃、 1450-1750℃、1600-1750℃、1600-1800℃或1750-1800℃。