[发明专利]一种碳基贯穿型碳陶复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳基贯穿型碳陶复合材料，该复合材料由生焦和陶瓷混合烧结而成；陶瓷分布于碳基材料内部碳桥气孔中形成网络贯穿结构的碳陶复合材料。具体制备方法步骤如下：S1、将碳材料粉末与陶瓷粉末混合后成型制成柱状材料；S2、将柱状材料置于真空炉中，升温至650‑750℃恒温烧结2h，然后升温至2100℃恒温烧结4h后，自然冷却，得到碳基贯穿型碳陶复合材料。本发明的碳陶复合材料除具有碳材料的特点外还具有陶瓷材料的特点，材料的机械强度高、自润滑性、耐腐蚀性，耐高温性良好，耐磨性好，产品的使用周期长，也可通过前期备料，缩短产品的加工周期，实现批量化生产。

技术领域

本发明涉及新型复合材料技术领域，具体涉及一种碳基贯穿型碳陶复合材料及其制备方法。

背景技术

碳-石墨材料由于其自身良好的自润滑性、化学稳定性、耐高温等特性，广泛的应用在石油、化工、机械、冶金、航空、航天、核电等行业，但由于碳石墨材料属于脆性材料，其本身的固有强度并不高，因而使用范围受到了很多限制，为了提高其机械强度，通常会通过与陶瓷等复合来增强。

目前，传统的碳-陶复合工艺主要包括：气相反应、气相沉积。一般是把经过特殊处理的，并完整加工好的碳石墨零件，通过气相反应或气相沉积，在其表面生成一层碳陶复合材料，而表面层仍有10-15％未反应石墨。因此这类产品既有极高的表面硬度又有好的自润滑性和突出的耐腐蚀性。

但由于碳石墨表面生成的碳陶复合层厚度较薄，被复合材料内部组织没有发生变化，因为工艺要求，被复合的碳材料的气孔率一般10％以上，这种表面复合工艺，是无法有效地降低材料内部气孔率，使其无法从根本上提升材料的机械强度，甚至使用一段时间后，碳陶复合层磨损后，产品的表面硬度及抗氧化性能失效，产品的使用周期短，且无法提前备料，加工周期长，生产过程中环境污染严重，生产成本高。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的碳基贯穿型碳陶复合材料及其制备方法。

本发明提供的碳基贯穿型碳陶复合材料是一种由陶瓷材料分布于碳基材料内部碳桥气孔中形成网络贯穿结构的碳陶复合材料。该复合材料由生焦和陶瓷混合烧结而成。所述陶瓷材料中二氧化硅含量95％以上。复合材料中陶瓷的质量百分含量为5～15％。

上述碳基贯穿型碳陶复合材料的制备方法，主要是由原料生焦和陶瓷混合成型后置于真空炉中烧结而成。具体包括如下步骤：

S1、将碳材料粉末与陶瓷粉末混合后采用冷等静压成型方法制成柱状材料；其中，碳材料是粒度1000-1200目的生焦，陶瓷是单一组分的二氧化硅材料，粒度600-800目，陶瓷含量为为5～15％。

S2、将柱状材料置于真空炉中，升温至650-750℃恒温烧结2h，然后升温至2100℃恒温烧结4h后，自然冷却，得到碳基贯穿型碳陶复合材料。

优选的是，所述步骤S2中，依次在650-750℃范围内恒温烧结2h，900-1000℃范围内恒温烧结3h，1600-1700℃范围内恒温烧结4h，2100℃恒温烧结4h，冷却后，得到碳基贯穿型碳陶复合材料。

进一步优选的是，所述步骤S2中，依次在700℃恒温烧结2h，950℃恒温烧结3h，1700℃恒温烧结4h，2100℃恒温烧结4h，冷却后，得到碳基贯穿型碳陶复合材料。

通过恒温一定时间使得柱状材料的内外温度一致。700℃时恒温2h使得材料的内部气孔打开；950℃时恒温3h使内部陶瓷充分软化；1700℃恒温4h使粘结剂碳化，收缩，碳原子从新排列，里面的陶瓷充分流动；2100℃恒温烧结4h才能保证材料的最终性能，里面的粘结剂才完全碳化，收缩，碳原子从新排列，里面的陶瓷也才能充分的流动。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：