[发明专利]一种复合陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种复合陶瓷材料，由以下原料制备而成：石墨粉或碳粉、聚碳硅烷、助剂，以及氮化硅粉、氮化铝粉、硼化锆粉、硼化钛粉中的一种或者几种；所述助剂包括：氧化铝、氟化钙、氧化镍、氧化钇、氧化钙中的一种或者几种；本发明另一方面公开了一种复合陶瓷材料制备方法，能够实现陶复合瓷材料具有抗氧化性、高导热性，能够代替石墨材料在600‑1000℃使用，且在≤800℃的工作环境下不会出现石墨氧化现象。

技术领域

本发明涉及抗氧化、高导热复合陶瓷材料领域，具体涉及了金属热耦合模具领域。

背景技术

常温下石墨在自然界中有着较好的稳定性，具有优异的高温力学性能、耐腐蚀性能以及导热性能等特性，广泛应用于冶金、电气、电化学等领域；但是随着温度升高至400℃，石墨结构里的一些活性点部位易与腐蚀性气体(O₂、NH₃等)发生化学反应；在高于400℃的有氧环境下，会发生氧化，且氧化速率会随着温度升高而急剧加速，材料的强度大幅度下降甚至消失，这极大地限制了石墨材料在有氧条件下的应用。特别是随着电子工业技术的不断发展，新兴起的新能源电动汽车，3D手机屏幕等行业都用到了石墨材质的模具材料，其工作温度通常在600-800℃，这个温度对石墨材料及其制品的高温抗氧化性是个极大挑战，现在工厂实际操作过程中为了降低石墨氧化速度，不得不采取各种的抗氧化办法来降低其氧化速度，比如浸渍法，每隔4-8小时须把复杂模具从设备拆卸，然后浸入抗氧化药水中浸泡一段时间，干燥后重新装设备生产，这样一来耗费大量时间、人力和物力，给现代化生产效率带来了很大阻碍；为此，多年来人们一直在寻找解决如何提高石墨材料高温抗氧化性，且材料保持高导热性的办法。

发明内容

本发明目的在于，实现陶复合瓷材料具有抗氧化性、高导热性，能够代替石墨材料使用，且在≤800℃的工作环境下不会出现石墨氧化现象；提供了一种复合陶瓷材料，所述复合陶瓷材料的制备材料包括：石墨粉或碳粉、聚碳硅烷、助剂，以及氮化硅粉、氮化铝粉、硼化锆粉、硼化钛粉中的一种或者几种；实现复合材料的抗氧化性，同时能够提高其导热性能。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

根据本发明一个方面提供了一种复合陶瓷材料，由以下原料制备而成：石墨粉或碳粉、聚碳硅烷、助剂，以及氮化硅粉、氮化铝粉、硼化锆粉、硼化钛粉中的一种或者几种；所述助剂包括：氧化铝、氟化钙、氧化钇、氧化钙、碳化硅中的一种或者几种；

所述复合陶瓷材料在≤800℃时的使用环境下3小时内不被氧化；

所述复合材料在800℃时的氧化率为0，在1000℃时的氧化率≤0.12wt％，在900℃时的氧化率≤0.03wt％；所述复合材料氧化速率的检测方法为：将复合陶瓷样品干燥称重并计量数据为W₀，放入相应温度马弗炉中，保温3小时，取出复合陶瓷样品称重W_y，氧化速度＝(W₀-W_y)/W₀*100％；所述复合陶瓷复合材料致密度＞93％；抗弯强度80-800Mpa；硬度0.4-12Gpa；电阻率2.0-20μΩ·m；使用温度600-1000℃。

本发明相对于现有技术的有益效果在于，

1、通过复合陶瓷材料制备原材料中包括氮化硅粉、氮化铝粉、硼化锆粉、硼化钛粉中的一种或者几种，在烧结过程中形成玻璃态分散在石墨或碳周围进行包裹，有利于减少石墨与其他物相之间的宏观及微观缺陷；

2、由于石墨或碳不容易在陶瓷中烧结，既不利于与陶瓷物料结合，因此通过加入聚碳硅烷，进一步填补了石墨或碳物相周围的缝隙，聚碳硅烷既与石墨或碳以及其他物料烧结时形成的玻璃相均有良好亲附性能；最终减少了复合材料中的晶相缺陷或裂纹，从而具有良好的导热性能；