[发明专利]一种硅/碳化硅复相陶瓷的制备方法

说明书

本发明提供了硅/碳化硅复相陶瓷的制备方法，包括以下步骤：冷等静压成型第一碳化硅陶瓷素坯；高温脱脂、浸渍改性得到第二碳化硅陶瓷素坯；干燥、机械加工得到第三碳化硅陶瓷素坯；渗硅烧结得到致密的碳化硅烧结体；清理碳化硅烧结体的表面残硅，得到硅/碳化硅复相陶瓷。本发明的硅/碳化硅复相陶瓷的制备方法在冷等静压成型碳化硅素坯时不加入炭黑，通过高温脱脂去除粘结剂，再通过浸渍改性提高素坯的强度，大大提高了素坯加工性能，同时引入的小粒径碳源可降低烧结体的硅含量，提高了硅/碳化硅复相陶瓷的力学性能。

技术领域

本发明涉及碳化硅陶瓷制备技术领域，具体涉及一种硅/碳化硅复相陶瓷的制备方法。

背景技术

碳化硅陶瓷具有密度低、比刚度高、导热率大、热膨胀系数小、耐腐蚀性强、表面加工性能好等优点，在机械、冶金、石油、化工和电子等诸多领域有着广泛的应用。目前制备碳化硅陶瓷素坯的制备方式有压力成型和注浆成型等。通过注模成型的陶瓷素坯，形状受到模具限制、孔隙率较大、工艺复杂、强度偏低，不适合于企业、工厂的大规模大批量生产。

相对而言，冷等静压成型具有压坯密度一致、压坯致密度高、易于制备大尺寸制品、制备效率高和成本较低等优势。但依靠冷等静压成型的素坯强度受到粘结剂添加量的直接影响，粘结剂不足会导致素坯强度降低无法进行有效地机械加工，而过量的粘结剂会导致颗粒间距加大、粘结膜变厚、降低毛细管力，素坯强度也会大幅下降，陶瓷的成品率不高。在一些高精度或复杂形状的陶瓷部件中，很多构成的厚度甚至仅有1mm，加工精度仅±0.1mm，当素坯的强度不够时，加工过程中便极易产生裂纹甚至断裂。

此外，在反应烧结过程中，Si熔渗造成的微观应力对材料力学性能的影响是不利的，引入C源与Si反应生成二次SiC可有效降低复相陶瓷中Si的含量。目前市场上普遍在冷等静压时便添加C源作为助烧剂以期改善烧结体的性能，但与粘结剂原理类似，C源的添加同样会增大颗粒间距，使素坯强度降低，且过量的C源会互相吸附富集，使烧结时Si、C反应不完全从而出现Si池、C池等现象。

因此，急需研究一种硅/碳化硅复相陶瓷的制备方法，实现在冷等静压时不添加C源但能有效增大素坯强度且降低复相陶瓷中Si的含量。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的上述缺陷，提供一种硅/碳化硅复相陶瓷的制备方法，在冷等静压成型碳化硅素坯时不加入炭黑，通过高温脱脂去除粘结剂，再通过浸渍改性提高素坯的强度，大大提高了素坯加工性能，同时引入的小粒径碳源可降低烧结体的硅含量，提高了硅/碳化硅复相陶瓷的力学性能。

本发明的目的可通过以下的技术措施来实现：

本发明提供了一种硅/碳化硅复相陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

S1：将一定级配的碳化硅粉末、粘结剂和去离子水均匀混合，湿袋密封，置于具有一定弹性的模具中，冷等静压成型并脱模，得到第一碳化硅陶瓷素坯；

S2：对所述第一碳化硅陶瓷素坯进行高温脱脂去除所述粘结剂，之后放入浸渍液中浸渍补充碳源，得到第二碳化硅陶瓷素坯；

S3：对所述第二碳化硅陶瓷素坯进行干燥，之后进行机械加工成预设形状，得到第三碳化硅陶瓷素坯；

S4：对所述第三碳化硅陶瓷素坯在真空环境下渗硅烧结，得到致密的碳化硅烧结体；

S5：清理所述碳化硅烧结体的表面残硅，得到硅/碳化硅复相陶瓷。

优选地，所述步骤S1中，所述碳化硅粉末为双级配，粒径比为2:1，粒径范围为10～50μm，质量占混合体系总质量的50％～70％。

优选地，所述步骤S1中，所述粘结剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、酚醛树脂中的任意一种，质量占混合体系总质量的10％～20％。