[发明专利]一种浸渍强化碳化硅可加工复相陶瓷的制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及了一种浸渍强化可加工复相陶瓷制备方法，具体涉及一种浸渍强化碳化硅可加工复相陶瓷的制备方法。

背景技术：

碳化硅SiC陶瓷因具有高热导率、低热膨胀系数、良好的抗氧化、抗热震性能以及优异的高温力学性能，在功能及结构材料领域获得广泛的应用。特别是其不与熔融有色金属反应及润湿，在有色金属熔炼等行业的一些核心元件具有极大的应用前景(L.Mouradoff，“Interaction between liquid aluminium and non-oxide ceramics(AlN，Si3N4，SiC)”，Corrosion of Advanced Ceramics，113，(1996)177)。为了改善碳化硅脆性大，难于机械加工等缺点，研究人员通常将石墨(C)等具有片层结构的材料引入碳化硅基体中，降低体系的弹性模量，解决了SiC在使用中脆断问题，制备出了具有优良可加工性能的复相陶瓷。但是由于石墨的特殊结构，造成烧结后材料很难获得致密的烧结体，而且对于一些形状复杂的元件，一般要求烧结后尺寸不能收缩，因此就导致碳化硅可加工复相陶瓷的力学性能大幅降低。中国第CN101328059和CN101955357A专利公开了一种可加工复相陶瓷材料的二次硬化热处理方法，该方法采用二次热处理能够有效的提高碳化硅复相陶瓷的强硬度，但是其所处理的原始材料是采用等离子活化烧结所得，烧结后材料变形量大，不能制备复杂形状元件，而且设备及制备成本高昂，限制了其工程应用。因此，在不改变材料烧结尺寸的前提下如何有效提高碳化硅复相陶瓷的力学性能就成为工程应用的一个难点。

发明内容：

为了克服上述现有技术存在的缺点，本发明的目的在于提供了一种浸渍强化碳化硅可加工复相陶瓷的制备方法，该制备方法不改变烧结尺寸具有工艺简单，对于任何复杂元件均比较适应且成本较低的特点，制备的复相陶瓷具有近净尺寸、不收缩，力学性能相比较于原始基体大幅提高，适合制备复杂形状元件。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种浸渍强化碳化硅可加工复相陶瓷的制备方法，包括以下的步骤：

步骤1：制备常压烧结碳化硅复相陶瓷基体：首先将碳化硅、石墨、氧化钇和氧化铝粉混合得到基本原料，所述基本原料中各组分的重量百分比为：碳化硅65～90％，石墨5～25％，氧化钇和氧化铝5～10％，其中氧化钇与氧化铝的重量比为2∶1，然后以重量为基本原料1～2倍的无水乙醇为介质放入球磨罐中球磨12-24h，得到混合均匀的浆料，随后将浆料在60～80℃的真空干燥箱内干燥8～14小时，随后过筛网分散得到粉料，随后将粉料在模具中模压成素坯，并将素坯等静压处理，最后将等静压处理后的素坯在真空烧结炉中以1650～1750℃、氮气保护下常压烧结1～4小时，得到尺寸不收缩的常压烧结碳化硅复相陶瓷基体；

步骤2：制备浸渍体：将酚醛树脂和无水乙醇按照重量比为2∶1或1∶1的比例配比混合搅拌均匀，得到浸渍体一；将硅溶胶与蒸馏水按照重量比为4～2∶1的比例配比混合搅拌均匀，得到浸渍体二；

步骤3：浸渍处理：首先将步骤1获得的常压烧结碳化硅复相陶瓷基体浸入步骤2制备的浸渍体一中，浸泡20～60分钟取出，然后在真空干燥箱内以80～100℃下烘干8～14h，随后再浸入步骤2制备的浸渍体二中，浸泡20～60分钟取出，然后在真空干燥箱内以80～100℃下烘干8～14h，将常压烧结碳化硅复相陶瓷基体在浸渍体一和浸渍体二重交替操作直至基体材料的质量不再增加，从而获得浸渍预处理碳化硅复相陶瓷；

步骤4：热处理过程：将浸渍预处理的碳化硅复相陶瓷在真空烧结炉中1450～1550℃常压氮气保护下热处理1～4h，从而得到尺寸没有变化的浸渍强化碳化硅可加工复相陶瓷。

步骤1所述的过筛网，筛网的目数为200目。

步骤1所述的将素坯等静压处理，压力为150～200MPa。

相比较于现有技术，本发明的主要优点表现在：采用常压烧结工艺制备的碳化硅可加工陶瓷基体具有近净尺寸、不收缩，适合制备复杂形状元件；浸渍热处理工艺简单，对于任何复杂元件均比较适应，而且成本较低；所获得的浸渍强化碳化硅复相可加工陶瓷力学性能相比较于原始基体大幅提高，强度提高了1～2.6倍，维氏硬度提高了1～1.5倍，而且基体形状没有改变；浸渍强化碳化硅复相陶瓷的基本物理性质没有变化，所获得的强化效果来源于新生成的二次碳化硅，其与基体碳化硅性质一样，而且原始石墨结构也没有改变，强化后材料依然具有可加工性，适合复杂形状元件的二次精细加工。

附图说明：