[发明专利]一种SiC-Ti3

说明书

本发明属于复合材料技术领域，涉及一种SiC‑Ti₃SiC₂复合材料及其制备方法。碳化硅复合材料为二元复合材料，包括70～95vol.％六方碳化硅和5～30vol.％Ti₃SiC₂。制备时，将六方碳化硅和Ti₃SiC₂粉末在行星球磨机里混料；混合均匀后进行预压，预压压力为10～500MPa，预压10～60s；然后把预压后的样品进行热压烧结，烧结压力20～50MPa，烧结温度1100～2000℃，保温10～90min，制得碳化硅复合材料。本发明通过Ti₃SiC₂的添加可以提高SiC韧性及致密度，得到的SiC‑Ti₃SiC₂复合材料具有高韧性。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，涉及一种SiC-Ti₃SiC₂复合材料及其制备方法。

背景技术

SiC陶瓷是一种具有代表性的非氧化物先进陶瓷之一，具有热膨胀系数低、硬度高、抗氧化性和耐磨性优异等优点。因此，碳化硅材料被广泛应用于刀具、精密轴承、密封件、气轮机转子、喷嘴热交换器部件，原子热反应堆材料，防弹装甲板，大规模集成电路底板及火箭发动机燃烧室喉衬和内衬材料等，近年来，SiC材料在LED材料和半导体领域得到了广泛的应用，表明高纯度SiC材料对LED的需求越来越大。

碳化硅熔点高，因此人们通过采用热压烧结、放电等离子烧结(SPS)等技术降低其烧结温度。Y .B .Liu采用固相烧结法(无压烧结和热压烧结)成功制备了高致密度的碳化硅陶瓷。主要研究了烧结温度、保温时间、热压压力对碳化硅陶瓷性能的影响并确定了最佳工艺参数，实验结果表明，无压烧结最佳工艺参数:烧结温度2010℃，保温时间45min，SiC陶瓷体积密度高达3 .1261g/cm³，断裂韧性达4 .46M· Pam^1/2，抗弯强度达379MPa；热压烧结最佳工艺参数：烧结温度1900℃，保温时间60min，热压压力50MPa，SiC陶瓷体积密度达3.1756g/cm³，断裂韧性5.12M· Pam^1/2，抗弯强度达596MPa[Y .B .Liu .Preparation ofsolid phase sintering and grinding medium balls of SiC ceramics .Xi 'anUniversity of Science and Technology ,2015]。为了进一步降低SiC陶瓷的烧结温度，促进SiC陶瓷的致密化，通常都需要添加一定量的烧结助剂(Al₂O₃、Y₂O₃等)。C .C .Peng以硅微粉、超细铝粉和不同碳源为原料，采用埋石墨法成功原位合成α-Al₂O₃/SiC复相陶瓷材料。结果表明:摩尔比n(SiO₂):n(Al):n(C)＝3:4:4、炭黑为碳源、成型压力≥10Mpa、合成温度、保温时间分别为1450℃、3h时，复相陶瓷开口气孔率为13.39％，体积密度为3.12g/cm³，抗弯强度为172.4MPa[C .C .Peng .Preparation and properties of reactivesintered Al₂O₃/SiC composites .South China University of Technology ,2015]。然而，采用氧化物作为烧结助剂最大的缺点是SiC的晶界处存在玻璃相，降低SiC陶瓷的高温性能，并能引起晶粒的异常长大。X .G .Wang采用α-SiC、β-SiC粉体为原料，B₄C为烧结助剂，热压烧结制备SiC陶瓷。研究结果表明：在烧结温度1900℃、保温时间60min及烧结压力50MPa的烧结条件下可以获得致密度为99.2％的SiC陶瓷，当添加10％的β-SiC后，陶瓷生成大量长柱状颗粒，同时断裂韧性和抗弯强度亦有所提高。但因固相烧结不存在弱界面结合，故对SiC陶瓷整体性能的增强有限[X .G .Wang ,J .Cui ,Y .B.Liu ,et al .Study onhot pressing sintering properties of silicon carbide ceramics .Chineseceramic ,2014 ,50(04):11–14]。碳化硅复合材料烧结温度高，韧性低的问题仍没有得到解决，为了提高SiC陶瓷的强度及韧性，仍需对SiC材料及制备方法进行改进。