[发明专利]一种碳化硅陶瓷的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳化硅陶瓷的制备方法。

背景技术

目前通过生物材料制备SiC陶瓷的研究多集中在木材方面，几乎没有利用竹炭制备这种高性能的陶瓷材料方面的研究，因此在当前情况下对竹炭的结构和功能进行理论性研究，进一步拓展竹炭利用途径以及开发以竹炭为原料的新产品具有重要的理论和现实意义。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种碳化硅陶瓷的制备方法，本方法利用竹材生物结构通过高温烧结可得到的碳化物陶瓷材料。

为实现上述目的，本发明一种碳化硅陶瓷的制备方法，具体为：

1)采用固相烧结，将竹炭粉碎研磨后，与硅粉按质量比1：3混合，然后将单位重量(g)的硅碳混合物与单位体积(ml)的酚醛树脂按1：1混合均匀；

2)经步骤1中的混合物在140℃下预加热成型，冷却制备出块状试件；

3)在真空(真空度28Pa)或者Ar气气氛状态下(Ar气的气体压力为0.012MPa)，将温度升高到设定的最终烧结温度进行高温烧结；

4)保持温度30min，之后自然冷却到室温，制得SiC陶瓷材料。

进一步，所述最终烧结温度为1500℃、1650℃或1800℃。

进一步，所述高温烧结时，200℃以前，以5℃/min的升温速度进行烧结，200℃以后，以15℃/min的升温速度达到最终烧结温度。

本发明一种碳化硅陶瓷的制备方法，利用竹材生物结构通过高温烧结而得到的碳化物材料，竹材在绝氧条件下进行炭化得到具有竹材孔隙结构的炭骨架，并加工成粉末状，以此作为陶瓷相渗入和反应的生物模板，通过金属或者无机非金属物质渗入、烧结反应，使得到的陶瓷不仅具有竹材的精细结构，而且增加了反应面积，提高了合成速度，具有一般陶瓷制备方法无法比拟的优点。

附图说明

图1为1500℃温度下烧结的样品图；

图2为1650℃温度下烧结的样品图；

图3为1800℃温度下烧结的样品图；

具体实施方式

竹炭基碳化物陶瓷就是模拟利用竹材生物结构通过高温烧结而得到的碳化物材料。竹材在绝氧条件下进行炭化得到具有竹材孔隙结构的炭骨架，并加工成粉末状，以此作为陶瓷相渗入和反应的生物模板，通过金属或者无机非金属物质渗入、烧结反应，使得到的陶瓷具有竹材的精细结构。根据Si+C→SiC的反应式，本发明一种碳化硅陶瓷的制备方法，具体为：首先采用固相烧结，将竹炭粉碎研磨后，与硅粉按质量比1：3混合，然后将单位重量(g)的硅碳混合物与单位体积(ml)的酚醛树脂按1：1混合均匀；将上述硅碳混合物和酚醛树脂的混合体在140℃下预加热成型，冷却制备出块状试件；将块状试件在真空(真空度28Pa)或者Ar气气氛状态下(Ar气的气体压力为0.012MPa)，将温度升高到设定的最终烧结温度进行高温烧结；保持温度30min，之后自然冷却到室温，制得SiC陶瓷材料。为了研究不同温度下的制得的SiC陶瓷材料的特性，本实施例中将最终烧结温度为1500℃、1650℃或1800℃，在这三种温度下制得的SiC陶瓷材料如图1、图2和图3所示。并且，为了在烧结过程中，原料相互作用完全，使得最终SiC陶瓷材料质量优良，在高温烧结时，200℃以前，以5℃的升温速度进行烧结，以排出烧结容器中的剩余氧气，200℃以后，以15℃/min的升温速度达到最终烧结温度。

试验结果发现，随着温度的升高，经过高温烧结的SiC陶瓷材料，颜色逐渐变浅，硬度逐渐变小，其为硅碳混合料中的竹碳成分在高温条件反应完全所致；本方法模拟和利用了竹材的精细多孔结构，使得生产SiC陶瓷材料时增加了反应面积，提高了合成速度，使得SiC陶瓷材料的制备过程大大简化。本发明赋予了竹材和陶瓷这两种传统材料的新内涵，有利于实现竹材的高附加值利用，推动竹炭产业和陶瓷产业的可持续发展。