[发明专利]表面微孔SiC陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种表面微孔SiC陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

陶瓷材料在国防、机械、化工、冶金、电子等领域具有广泛的用处。近年来，英、美、德、法、日等工业发达国家已广泛地将结构陶瓷应用于航空、航天和高精密机械的结构件，且已取得了可观的经济和社会效益。在众多工程陶瓷材料中，碳化硅(SiC)陶瓷具有强度高、硬度高、耐磨损性好、耐腐蚀、抗氧化性强、热导率大、高温稳定性能良好、热膨胀系数小、抗热震和耐化学腐蚀性强等优良的性能，而成为最有希望的高温结构陶瓷，一直是世界各国材料学者研究的热点。碳化硅陶瓷在惰性气氛下可用到2000℃，在空气中1600℃使用时仍然可保持良好的力学性能，因而被作为高温结构材料用作各类精密轴承、滚珠、喷嘴、反射屏、密封件、切削工具、喷嘴热交换器部件、火箭燃烧室内衬以及原子热反应堆材料等，被广泛地运用于石油、化工、微电子、汽车、航天、航空、造纸、激光、矿业及原子能等工业领域，并日益受到人们的重视。

为了使碳化硅陶瓷材料具有更好的使用性能，人们不断提高其硬度，增强其耐腐蚀、抗氧化性。虽然碳化硅陶瓷的硬度得到了提高，但是一些碳化硅陶瓷机械件(如碳化硅密封件)在使用过程中仍然存在以下问题：1)、一些碳化硅陶瓷机械件(如碳化硅密封件)在硬对硬密封摩擦时，两端工作面容易粘合，从而增大了摩擦系数，导致使用寿命缩短。2)、摩擦时产生的碎屑无法及时移除，会加速机械件的磨损，从而影响密封件的使用寿命。因此降低摩擦系数，防止断面粘结，是提高碳化硅陶瓷密封件使用寿命的技术关键。

关于制备微孔SiC陶瓷材料的方法，在公开号CN 101255330A的专利中已经公开。上述方法以碳化硅粉末90～96％重量，石墨粉2～8％重量，聚乙烯醇2～5％重量组成原料，采用聚乙烯醇交联剂，通过聚乙烯醇在高温下分解形成交联孔隙。上述方法存在以下不足：通过交联剂在高温下分解所形成的交联孔隙尺寸大小不一、形状不规则、分布不均匀，且产品在烧结过程中容易产生开裂现象，影响到产品的成品率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种表面微孔SiC陶瓷材料及其制备方法，该表面微孔SiC陶瓷材料在保持高强度、高硬度、耐磨、耐腐蚀、抗氧化性能的同时，还改善了其自润滑性能，能防止断面粘合，从而提高使用寿命。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种表面微孔SiC陶瓷材料，该陶瓷材料由主原料、作为粘结剂和发泡剂的聚碳硅烷以及作为造孔剂的羧甲基纤维素组成，主原料由以下重量含量的成分组成：碳化硅粉末85～90％和钇铝石榴石10～15％；聚碳硅烷占主原料总重的5～10％，羧甲基纤维素占主原料总重的2～8％。

本发明还同时提供了上述表面微孔SiC陶瓷材料的制备方法，依次包括以下步骤：

1)、配料：

配制主原料、聚碳硅烷和羧甲基纤维素，主原料由以下重量含量的成分组成：碳化硅粉末85～90％和钇铝石榴石10～15％；聚碳硅烷占主原料总重的5～10％，羧甲基纤维素占主原料总重的2～8％；

2)、将碳化硅粉末、钇铝石榴石和聚碳硅烷混合均匀，拌成混合料；

3)、将羧甲基纤维素加入去离子水中，搅拌至完全溶化，得质量浓度为3～7％的甲基纤维素水溶液；

4)、将混合料与甲基纤维素水溶液球磨混合2～7小时后，得到浆料；

5)、将浆料于100～150℃的温度下烘干1～4h，然后用混合机充分搅拌混合，得粉料；

6)、将粉料采用双向压制法置于模具内施压50～150MPa，压制成型；

7)、将已经压制成型的制品放入真空高温炉中烧结，当温度升至1100℃时，启用氩气保护，先在1600～1800℃的温度下烧结6小时，然后在1500～1700℃下保温1～5小时，制备得到表面微孔碳化硅陶瓷材料。

本发明的表面微孔SiC陶瓷材料具有如下有益效果：

1)、在碳化硅陶瓷原料中加入以硅碳键为主链的聚合物-聚碳硅烷作为粘结剂。聚碳硅烷在烧结时发生脱氢、脱甲烷反应，逐渐失去其有机高分子的性质，逐渐转化为无定形SiC。随着温度的升高，所生成的无定形SiC不断结晶形成SiC颗粒，所生成的SiC颗粒与SiC基体形成陶瓷结构，经烧结密实后得到所需的碳化硅陶瓷材料。同时碳化硅与聚碳硅烷粘结能形成三维交联的孔隙，聚碳硅烷裂解放出大量气体，容易制得开口气孔。