[发明专利]酚醛树脂为碳源固相烧结制备复杂形状碳化硅陶瓷工艺

说明书

技术领域

本发明属于碳化硅陶瓷的制备技术领域，具体涉及一种以酚醛树脂为碳源固相烧结制备复杂形状碳化硅陶瓷工艺，包括成型和烧结等方面。

背景技术

碳化硅陶瓷由于具有良好的高温稳定性、导热性等优良性能而广泛应用于工业生产中。与反应烧结碳化硅陶瓷相比，固相烧结碳化硅陶瓷由于不含游离硅而具有更好的高温稳定性、耐腐蚀性和更优的力学性能，因此应用前景更优。而目前固相烧结制备碳化硅陶瓷多以石墨或炭黑作为碳源，而本发明全部采用酚醛树脂为碳源，一方面酚醛树脂溶于水在混料中分布更为均匀，且烧结过程中酚醛树脂裂解后生成的碳粒度更小，烧结活性更高，这有助于碳化硅陶瓷致密化过程的进行，因此以酚醛树脂为碳源制备的碳化硅陶瓷性能更为优异。另一方面，以酚醛树脂为碳源，干燥过程中会发生酚醛树脂的固化反应，有助于提高成型后碳化硅陶瓷素坯的强度，使其满足机械加工的要求，从而实现复杂形状的以酚醛树脂为碳源的碳化硅陶瓷素坯的成型。

与其他凝胶注模成型工艺+固相烧结工艺制备碳化硅陶瓷的工艺相比，由于凝胶注模工艺对环境因素如温度、湿度等要求很高，干燥脱模不宜控制，产品合格率低；且碳化硅素坯还需置于不同的炉中分别进行排胶和烧结，工艺复杂，制备成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以酚醛树脂为碳源固相烧结制备复杂形状碳化硅陶瓷工艺，解决了产品合格率低；且碳化硅素坯还需置于不同的炉中分别进行排胶和烧结，工艺复杂，制备成本较高等问题。通过干压/冷等静压成型工艺制备碳化硅陶瓷素坯，工艺简单易控，形状精确度也更高；此外，本发明中固相烧结的脱粘和烧结是在无压炉中连续进行，可简化脱粘和烧结工艺，节约生产成本，提高生产效率。

本发明所采用的技术方案包括如下步骤：

(1)球磨混料：以SiC粉体，B₄C粉体和酚醛树脂为原料，以去离子水为溶剂，球磨混合一段时间；

(2)造粒：将得到的浆料烘干、破碎、过筛或喷雾造粒获得混合均匀的粉体；

(3)成型：将粉体干压成型后获得碳化硅陶瓷素坯，然后将素坯冷等静压，或直接将粉体装入橡胶套中冷等静压；

(4)干燥：将获得的碳化硅陶瓷素坯置于均匀加热的烘箱中干燥；

(5)机械加工：绘制图纸，对干燥后的碳化硅素坯进行机械加工；

(6)脱粘和烧结：将加工好的素坯放入烧结炉中，使脱粘和烧结一体化进行。

优选的是，所述步骤(1)中所述的SiC粉体的粒径为D50＝0.5～4μm，纯度＞98％；B₄C粉体粒径为D50＝1～4μm，B₄C粉体加入量为SiC粉体的0.5～3％；酚醛树脂裂解残C率为38～55％，加入量为SiC粉体的3～10％；采用SiC球为研磨球，全部原料︰SiC球＝(0.5～5)︰1，球磨时间为3～12h。

优选的是，所述步骤(3)的干压成型工艺所用的模具大小需根据烧结后碳化硅陶瓷的收缩率15～22％及干压坯体再经冷等静压成型后坯体的收缩率2～20％来共同确定；干压工艺为30～80MPa，保压时间为5～30s。

优选的是，所述步骤(3)的冷等静压工艺为120～240MPa，保压5～15min。

优选的是，所述步骤(4)的干燥工艺为120～200℃，保温2～10h。

优选的是，所述步骤(4)的碳化硅陶瓷素坯的尺寸需按照烧结后线收缩率15～22％来将SiC陶瓷制品的尺寸放大后获得。

优选的是，所述的步骤(5)中脱粘和烧结在同一炉中连续进行：脱粘在700～850℃的真空条件下进行，脱粘制度为600-850℃保温2-8h；升温速率为2～5℃/min，因为脱粘过程中会有大量有机物排出；烧结在流动的氩气气氛中进行，当≤1750℃时，升温速率为5℃/min，当＞1750℃时升温速率为，0.5～3℃/min，最高温度为1900～2250℃，降温速率为5-10℃/min。

本发明的有益效果