[发明专利]氮化硅结合莫来石-碳化硅陶瓷复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氮化硅结合莫来石‑碳化硅陶瓷复合材料及其制备方法，其技术方案为：按照莫来石50‑80wt%、碳化硅5‑40wt%、硅粉5‑20wt%、烧结助剂0.5‑3wt%称取原料，混合均匀后，加入结合剂和水，其中，结合剂和水的用量分别为原料总质量的0.5‑25wt%和6‑60wt%，得混合料，将混合料进行造粒，成型，干燥后，放入氮化烧结炉中，在1300‑1500℃的条件下保温3‑8小时，制得氮化硅结合莫来石‑碳化硅陶瓷复合材料。本发明工艺简单，生产成本低，其制品具有耐高温性能优良，抗热震稳定性好和强度高等优点。

技术领域

本发明涉及陶瓷材料制备领域，具体涉及一种氮化硅结合莫来石-碳化硅陶瓷复合材料及其制备方法。

背景技术

碳化硅与氮化硅均是共价键极强的化合物，二者有相似的物理化学性质，具有高强度、高硬度、高耐腐蚀性、高导热性和低膨胀系数等优点，被广泛应用于冶金、建材、电子与机械等行业。莫来石材料具有良好的高温力学性能、较低的热膨胀系数和热导率、优异的高温抗蠕变特性及化学稳定性等优点，被广泛应用于耐火材料、陶瓷材料以及电子封装材料等领域，但是莫来石的抗热震性较差。因此，将碳化硅加入到莫来石基材料中，并通过氮化反应制备氮化硅结合莫来石-碳化硅陶瓷复合材料，可显著改善莫来石基材料的力学性能。

目前，关于氮化硅结合莫来石-碳化硅陶瓷复合材料已有一些研究，如张雍（添加氮化硅对莫来石碳化硅材料性能的影响[J]，山东冶金，2016，38（6）：56-59）以莫来石、红柱石为主要原料，加入氮化硅、碳化硅制备氮化硅-莫来石-碳化硅复合材料虽有其优点，但缺点是制备工艺复杂，生产成本高和抗氧化性能差。中国发明专利“一种多孔莫来石-碳化硅复合陶瓷材料及其制备方法”（CN 103553583 A），以氢氧化铝、硅石、二氧化硅、硅粉、碳粉、碳酸镁为原料，制备多孔莫来石-碳化硅复合陶瓷材料虽有其优点，但其缺点是制备工艺复杂，耐压强度低。中国发明专利“氮化硅与碳化硅复相多孔陶瓷及其制备方法”（CN104150940 A）以Si、SiC和烧结助剂为原料，经湿磨、干燥、过筛、成型，制备氮化硅与碳化硅复相多孔陶瓷虽有其优点，但其缺点是制备工艺复杂。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，目的是提供了一种氮化硅结合莫来石-碳化硅陶瓷复合材料及其制备方法，其制备的材料具有耐高温性能优良，抗热震稳定性好和强度高等优点，且其工艺简单、生产成本低。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种氮化硅结合莫来石-碳化硅陶瓷复合材料，所述氮化硅结合莫来石-碳化硅陶瓷复合材料包括复合材料、结合剂、水，所述复合材料由以下质量百分比原料组成：莫来石50-80wt%、碳化硅5-40wt%、硅粉5-20wt%、烧结助剂0.5-3wt%。

本发明所述的莫来石、碳化硅、硅粉均为粉状，细粉粒径≤0.1mm，所述结合剂及水在氮化硅结合莫来石-碳化硅陶瓷复合材料中的质量占比具体为：结合剂0.5-25wt%、水6-60wt%。

本发明所述的烧结助剂为氧化钇，氧化钇中的Y₂O₃含量≥99%，粒径≤0.074mm。

本发明所述的结合剂为水玻璃、纸浆废液、糊精、聚乙烯醇中的一种或几种的混合液。

本发明所述的一种氮化硅结合莫来石-碳化硅陶瓷复合材料的制备方法包括如下步骤：

步骤1 按照权利要求1所述的配方称取各组分；

步骤2 将称取的莫来石、碳化硅、硅粉、烧结助剂置于混料机中，混料2-8小时，获得混合粉体；

步骤3 将称取的结合剂和水组成混合液，加入到步骤2所获得的混合粉体中，混料1-3小时，获得混合料；

步骤4 将步骤3中所获得的混合料置于造粒机内进行造粒，获得粒径为0.5-2mm的颗粒；