[发明专利]一种高热导率无压烧结碳化硅陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高热导率无压烧结碳化硅陶瓷材料及其制备方法，它由以下质量百分比的原料组成：碳化硅75～95wt.％，石墨烯0.5～10wt.％，表面活性剂1～3wt.％，分散剂0.5～2.5wt.％，粘结剂2～10wt.％，碳化硼0.5～3.5wt.％，本发明通过碳化硅、石墨烯、碳化硼之间的特定配比，压制成坯体，真空条件下无压烧结，制得SiC陶瓷材料，石墨烯均匀分布于SiC基体材料中，并与SiC形成紧密结合，避免了材料内部气孔对声子散射导致的热导率降低抵消并超过引入石墨烯对热导率提高的作用，既保证了陶瓷材料的致密化，同时又达到较高的热导率，保证了材料均匀一致。

技术领域

本发明涉及一种高热导率无压烧结碳化硅(SiC)陶瓷材料及其制备方法，属于无机非金属材料领域。

背景技术

SiC陶瓷具有硬度高、耐高温、耐氧化、耐腐蚀，高温强度高，化学稳定性好，抗热震性好，热导率高，热膨胀系数低等优点，在工业窑炉、石油、冶金、化工、机械、航空航天等诸多领域有广泛的应用，尤其是碳化硅陶瓷所具有的优良的热力学性能使其在热交换器、蓄热燃烧、电子器件封装基板等对热性能要求较高的场合具有广阔的应用前景。

然而，目前制得的SiC陶瓷材料却普遍存在着热导率低的问题。TANAKA S.等[Analysis of Additives on BeO-Doped SiC Ceramics by Secondary Ion MassSpectroscopy[J].Journal of the Ceramic Society of Japan,1995,103(8):870-872.]通过在SiC中加入氧化铍，制得的SiC陶瓷热导率高达270W/(m·K)。Safaraliev G K等[Formation of solid solutions in the SiC-BeO system during hot pressing ofceramics，Inorg.Mater.1992，28(4)：609-611]也指出，在SiC中加入氧化铍后材料的热导率比纯碳化硅高3倍以上，然而氧化铍是剧毒材料，对人体有害。Snead L.L.等(Highthermal conductivity of graphite fiber silicon carbide composites for fusionreactor application[J].Journal of Nuclear Materials,2002,307–311(3):1200–1204.)利用具有高热导率的碳纤维制成三维编织物，然后化学气相渗透SiC制备高热导率的SiC/碳纤维复合材料，然而该方法工艺较为复杂，而且生产周期长，制备成本高。

石墨烯是二维sp2键和的单层碳原子晶体，与三维材料不同，其低维结构可显著削减晶界处声子的边界散射，并赋予其特殊的声子扩散模式。研究表明，室温下石墨烯的热导高达5300W/(m·K)，高于碳纤维。

中国专利文献CN103085372A(201110335512.X)公开了一种超材料介质基板及其加工方法，包括以下步骤，111.将纳米碳化硅粉末、溶剂、表面活性剂混合后研磨成细小颗粒，用超声波洗涤、干燥；112.利用热等静压工艺将细小颗粒烧结成纳米碳化硅陶瓷层；12.将上述纳米碳化硅陶瓷层、石墨粉末、石墨烯层利用热等静压工艺制成超材料的介质基板。然而该发明采用热等静压工艺，分别热等静压制备碳化硅陶瓷层、石墨烯层，再层叠后热等静压制备超结构材料，制备工艺复杂，而且需要采用纳米SiC粉末，这都增加了生产成本，不利于其产业化推广应用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种高热导率无压烧结碳化硅(SiC)陶瓷材料及其制备方法，该方法工艺简单、成本低，所制得的SiC陶瓷材料除了具有一般碳化硅陶瓷的优异性能外，还具有热导率高的特点，可以满足热交换器、蓄热燃烧、电子器件封装基板等对热导率要求较高的场合的应用要求。

术语说明