[发明专利]碳化硅陶瓷及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种碳化硅陶瓷及其制备方法和应用。该碳化硅陶瓷的制备方法包括如下步骤：将碳化硅粉与烧结助剂混合得到混合粉体，其中，碳化硅粉的中位粒径为0.5微米～2.0微米，碳化硅粉与所述烧结助剂的质量比为100:0.5～100:5，按照质量百分含量计，烧结助剂包括：10％～20％的氧化铝、10％～20％的碳粉、10％～20％的碳化硼、10％～20％的莫来石、20％～40％的氮化硅及20％～40％的氧化锆；在压力为30MPa～200MPa的条件下，将混合粉体进行热等静压烧结，得到碳化硅陶瓷。上述方法制备得到的碳化硅陶瓷兼具较好的机械性能和较好的耐磨性能。

技术领域

本发明涉及陶瓷材料领域，特别是涉及一种碳化硅陶瓷及其制备方法和应用。

背景技术

碳化硅耐磨材料因其具有优异的强度、硬度、密度、比模量、耐磨性、耐高温性能、抗冲击性等，而被广泛地用于各种耐磨蚀的机械密封圈、吸盘底座、耐蚀泵磨蚀阀及热处理器等中，然而，目前的碳化硅耐磨材料仍然存在力学性能和耐磨性能较差的问题，而影响碳化硅耐磨陶瓷的应用和发展。

发明内容

基于此，有必要提供一种兼具较好的机械性能和较好的耐磨性能的碳化硅陶瓷的制备方法。

此外，还提供一种碳化硅陶瓷和应用。

一种碳化硅陶瓷的制备方法，包括如下步骤：

将碳化硅粉与烧结助剂混合得到混合粉体，其中，所述碳化硅粉的中位粒径为0.5微米～2.0微米，所述碳化硅粉与所述烧结助剂的质量比为100:0.5～100:5，按照质量百分含量计，所述烧结助剂包括：10％～20％的氧化铝、10％～20％的碳粉、10％～20％的碳化硼、10％～20％的莫来石、20％～40％的氮化硅及20％～40％的氧化锆；及

在压力为30MPa～200MPa的条件下，将所述混合粉体进行热等静压烧结，得到碳化硅陶瓷。

由于SiC是一种共价键化合物，高温烧结时其扩散速率仍较低，根据相关的研究报道，在2100℃的高温下，Si、C的扩散系数仅分别为2.5×10^-13、1.5×10^-10cm²·s^-1，因此，很难制备出高密度的SiC陶瓷，且由于SiC需在高温下烧结，一般大于2000℃，其晶粒易出现异常长大，这使得SiC陶瓷的力学性能、耐磨性均不理想，而上述碳化硅陶瓷的制备方法通过采用上述配方的烧结助剂，通过按照碳化硅粉与烧结助剂的质量比为100:0.5～100:5与中位粒径为0.5微米～2.0微米的碳化硅粉在压力为30MPa～200MPa的条件下进行热等静压烧结，能够有效改善碳化硅陶瓷的力学性能和耐磨性能，以使碳化硅陶瓷兼具较好的力学性能和耐磨性能。

在其中一个实施例中，还包括所述烧结助剂的制备步骤：将所述氧化铝、所述碳粉、所述碳化硼、所述莫来石、所述氮化硅及所述氧化锆混合，并过300目筛～400目筛。

在其中一个实施例中，所述将碳化硅粉与烧结助剂混合的步骤具体为：将所述碳化硅粉、所述烧结助剂、无水有机溶剂和分散剂球磨混合，然后干燥；且所述球磨混合时，所述碳化硅粉与所述烧结助剂的质量之和与磨介的质量的比为0.5～1:1.5～2，所述碳化硅粉与所述烧结助剂的质量之和与所述有机溶剂的质量的比为0.5～1:0.5～1，所述碳化硅粉与所述烧结助剂的质量之和与所述分散剂的质量的比为0.5～1:0.005～0.01。

在其中一个实施例中，所述将所述混合粉体进行热等静压烧结的步骤之前，还包括将所述混合粉体过300目筛～400目筛的步骤。

在其中一个实施例中，所述在压力为30MPa～200MPa的条件下，将所述混合粉体进行热等静压烧结的步骤具体为：将所述混合粉体加入到金属模具中，然后在压力为30MPa～200MPa的条件下进行所述热等静压烧结。

在其中一个实施例中，所述金属模具选自低碳钢、镍及钼中的一种。