[发明专利]一种耐磨性好硬度高的碳化硅陶瓷

说明书

技术领域

    本发明涉及一种耐磨性好硬度高的碳化硅陶瓷及其制备方法，属于陶瓷生产技术领域。

背景技术

碳化硅具有优良的机械性能、高热传导性和良好的热震稳定性等，这些特性使它们在航空航天、汽车工业以及能源等领域得到广泛应用；但碳化硅陶瓷韧性差、加工困难的缺点限制了其应用。碳化硅是一种典型的共价键结合的稳定化合物，加上它的扩散系数低，很难用常规的烧结方法达到致密化，必须通过添加一些烧结助剂以降低表面能或增加表面积，以及采用特殊工艺处理来获得致密的碳化硅陶瓷。本发明通过添加硼粉提高了碳化硅陶瓷的致密性，减少材料的损失，提高成品率，添加碳化钛提高陶瓷的耐磨性，还通过引进短切碳纤维提高碳化硅的力学性能，提高材料的断裂韧性，提高素坯的强度，抑制素坯制备中各种缺陷的产生，满足机械加工要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种耐磨性好硬度高的碳化硅陶瓷。

为了实现本发明的目的，本发明通过以下方案实施：

一种耐磨性好硬度高的碳化硅陶瓷，由下列重量份的原料制成：碳化硅70-85、硅藻土粉5-7、硼粉3-4、聚氯乙烯2-3、碳化钛5-6、硬脂酸钡1-2、无水乙醇15-20、短切碳纤维预分散体10-13、烧结助剂3-4、去离子水80-90；

所述烧结助剂是由10-15重量份的氧化铝、8-12重量份的硼化锆、15-20重量份的碳粉混合研磨成200-300目粉末，加入0.4-0.8重量份的亚甲基双丙烯酰胺和10-15重量份的乙醇溶液混合搅拌均匀，加热蒸去溶剂在10-15MPa下压制成胚料，然后于600-800°C下干燥粉碎成150-200目粉末即可。

本发明所述短切碳纤维预分散体的制备方法为：将碳纤维短切为长度在1-3mm，在500-600°C下低温氧化1-2小时，再将其浸入体积比为3：7的稀硝酸和丙酮的混合溶液中，浸泡1-2天后用去离子水反复冲洗表面直至溶液呈中性，烘干后采用溶胶-凝胶法在碳纤维表面形成氧化锆涂层，再将该碳纤维完全浸入水中，超声波分散10-20分钟，再加入碳纤维0.3-0.5倍重量份的OP-10乳化剂，继续超声分散1-2小时即可。

本发明所述一种耐磨性好硬度高的碳化硅陶瓷，由以下具体步骤制成：

（1）将碳化硅、硼粉、硅藻土粉、碳化钛、硬脂酸钡和去离子水混合加到球磨罐中，以高纯度氧化铝磨球球磨2-3小时，再加入除短切碳纤维预分散体之外其余剩余的成分以300-400转/分的转速进行湿法混合，混合1-2小时；

（2）将短切碳纤维预分散体加到步骤（1）中，转速降低至100-200转/分，继续球磨1-2小时，将混合均匀的浆料在室温下抽气缓慢加到金属模具中，然后置于保温箱中于80°C下保温30-50分钟后脱模，在室温下自然干燥至重量不再减少；

（3）将步骤（2）得到的碳化硅陶瓷素坯置入反应烧结炉中，将烧结炉抽真空，以20-25°C/min升温至1600-1700°C，恒温保持3-5小时，试样随炉冷却即可得到。

本发明的优点是：本发明添加的短切碳纤维提高碳化硅的力学性能，提高陶瓷的断裂韧性，提高素坯的强度和致密度，满足机械加工要求，添加的硼粉提高了碳化硅陶瓷的致密性，减少了材料的损失，提高成品率，添加的碳化钛进一步提高陶瓷的耐磨性，本发明工艺简单，原料来源方便，且明显提高了碳化硅陶瓷的硬度和耐磨性能，扩大了碳化硅陶瓷的使用范围。

具体实施方案

下面通过具体实例对本发明进行详细说明。

    一种耐磨性好硬度高的碳化硅陶瓷，由下列重量份（公斤）的原料制成：碳化硅85、硅藻土粉7、硼粉3、聚氯乙烯3、碳化钛6、硬脂酸钡2、无水乙醇20、短切碳纤维预分散体13、烧结助剂3、去离子水90；

所述烧结助剂是由15重量份的氧化铝、8重量份的硼化锆、18重量份的碳粉混合研磨成300目粉末，加入0.6重量份的亚甲基双丙烯酰胺和15重量份的乙醇溶液混合搅拌均匀，加热蒸去溶剂在12MPa下压制成胚料，然后于700°C下干燥粉碎成200目粉末即可。

本发明所述短切碳纤维预分散体的制备方法为：将碳纤维短切为长度在3mm，在600°C下低温氧化2小时，再将其浸入体积比为3：7的稀硝酸和丙酮的混合溶液中，浸泡1天后用去离子水反复冲洗表面直至溶液呈中性，烘干后采用溶胶-凝胶法在碳纤维表面形成氧化锆涂层，再将该碳纤维完全浸入水中，超声波分散20分钟，再加入碳纤维0.5倍重量份的OP-10乳化剂，继续超声分散2小时即可。