[发明专利]基于反应烧结法制造超细高韧性碳化硅陶瓷材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于反应烧结法制造超细高韧性碳化硅陶瓷材料的方法。

背景技术

碳化硅陶瓷材料是一种以碳化硅（SiC）为主要成分的陶瓷材料，具有高温强度大、高温抗氧化性强、耐磨损性能好、热稳定性佳、热膨胀系数小、热导率大、硬度高、抗热震和耐化学腐蚀等优良特性，在汽车、机械化工、环境保护、空间技术、信息电子、能源等领域有着日益广泛地应用，已经成为一种在很多工业领域性能优异的其他材料不可替代的结构陶瓷。如：在汽车工业中，为了提高发动机的热效率，充分利用能源，降低燃料消耗，减少大气污染，希望发动机的工作温度高于1200℃（据计算，发动机的工作温度由1100℃提高到1370℃时，热效率可增加30%）。碳化硅陶瓷因所具有的高温强度，较低的热膨胀系数，较高的导热系数和较好的抗热冲击性而被认为是使用温度超过1200℃最有前途的候选材料。拥有先进陶瓷技术的国家如美国、德国和日本已研发出采用碳化硅陶瓷的发动机零部件如发动机定子、转子、燃烧器及涡形管并取得了良好的使用效果，并正致力于全陶瓷发动机的开发研究。

总之，碳化硅陶瓷材料的应用范围非常广泛，适用于多种环境。在以上高温环境，适用温度范围内，虽然碳化硅陶瓷材料的力学性质很重要，但它的抗冲击性能以及更高温度下的的抗氧化性还是有待进一步研究改进和提高。目前碳化硅在实际生产过程中，主要采用三种工艺方法，即反应烧结法、无压烧结法和热压烧结法。三种工艺方法各有优缺点：反应烧结法生产的碳化硅有烧结温度低、能耗低的优点，但存在结构颗粒粗，机械强度低，韧性差的缺点；无压烧结法生产的碳化硅具有高机械强度、高韧性、结构颗粒细的优点，但存在烧结温度高，能耗大的缺点；热压烧结碳化硅因成本高、烧结设备技术要求高等缺点，目前只存在于实验室阶段，并未真正商用。因此，有待就是结合反应烧结、无法烧结的各自优点，发明出一种在反应烧结法的温度条件下，利用烧结添加助剂的作用，生产出与无压烧结法所制造的碳化硅类似的超细结构、高韧性碳化硅陶瓷材料的生产方法。

另外，现有此类陶瓷材料的制备方法，如中国专利文献中披露的申请号200410073163.9，公开日2005年8月17日，发明名称“一种氮化硅/碳化硅多孔陶瓷的制备方法”；该方法包括配料、成型、烧结常规陶瓷材料制备工艺，其特征在于：以酚醛树脂作为一种新的造孔剂和碳源，利用烧结过程中的碳热还原反应，原位生成纳米SiC相；Si₃N₄：Al₂O₃：Y₂O₃：酚醛树脂的质量比为70～95％：1～5％：2～8％：5～28％；加入无水乙醇30～60％，混料12～24小时制成料浆，烘干制成干粉；将干燥后的陶瓷粉体依次经过成型、裂解排胶、碳热还原、烧结，制得40～70％的高气孔率、70～160MPa的高强度、低成本的氮化硅/碳化硅多孔陶瓷。但上述陶瓷材料在制备方法上还有待进一步改进，才能制得颗粒更小，韧性更好的碳化硅陶瓷材料。

发明内容

为克服上述不足，本发明的目的是向本领域提供一种基于反应烧结法制造超细高韧性碳化硅陶瓷材料的方法，使其解决现有同类碳化硅陶瓷材料制备方法设计欠佳，制得的碳化硅陶瓷材料颗粒大小和韧性有待进一步提高的技术问题。其目的是通过如下技术方案实现的。

一种基于反应烧结法制造超细高韧性碳化硅陶瓷材料的方法，该生产方法的基本工艺流程为：配料混合→混合球磨→泥浆搅拌过滤→注塑成型→阴干→素烧脱蜡→机械加工成各类形状→氩气气氛下烧成→研磨加工→成品；其特征在于：