[发明专利]一种高致密度的碳化硅陶瓷复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种高致密度的碳化硅陶瓷复合材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：S1、将碳化硅粉体、炭黑、氮化硼纳米片以及燃烧助剂置于研磨机中进行湿法球磨混合，干燥，过筛，得到混合粉体；S2、采用冷等静压成型工艺将混合粉体压制成型，得到素坯；S3、将素坯进行无压真空烧结，得到预烧体；S4、将预烧体进行放电等离子烧结，得到碳化硅陶瓷复合材料。本发明将合理配比的各个原料采用湿法球磨混合得到混合粉体，然后采用冷等静压工艺将混合粉体压制成型得到较高致密度的素坯，再通过无压烧结和放电等离子烧结结合的方式对素坯烧结，实现了高致密度、高硬度、高强度碳化硅陶瓷复合材料的制备；本发明方法工艺简单，便于工业化生产。

技术领域

本发明涉及碳化硅陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种高致密度的碳化硅陶瓷复合材料的制备方法。

背景技术

陶瓷复合材料突出的优点为轻质、耐高温、抗氧化和抗腐蚀，用作高温结构材料有着不可替代的作用，随着设计与制备技术的发展，其应用也正向汽车发动机、大功率内燃机及其他领域发展。其中碳化硅陶瓷凭借其优异的高温力学强度、高硬度、高弹性模量、高耐磨性、高导热性、耐腐蚀性等性能，还可作为防弹装甲材料、空间反射镜、半导体晶圆制备中夹具材料及核燃料包壳材料。

然而，碳化硅陶瓷由于碳化硅为强共价键化合物，且具有低的扩散系数，导致其在制备过程中的主要问题之一是烧结致密化困难，因此，如何制得高致密度的碳化硅陶瓷复合材料是研究者一直关心的课题。目前用于制备碳化硅致密陶瓷的方法主要有反应烧结法、无压烧结法、液相烧结法、热压烧结和热等静压烧结法，以及近年来新型的烧结技术，如放电等离子烧结、闪烧、振荡压力烧结等。其中，反应烧结法具有烧结温度低的优点，但烧结过程中会不可避免地在坯体中留有部分残余硅，因而使材料的服役温度下降。液相烧结可以制备出不含残余硅的碳化硅陶瓷，但由于碳化硅的强共价键性，必须在坯体中加入氧化铝等作为烧结助剂形成液相才能使碳化硅坯体致密化。热压烧结和热等静压烧结碳化硅性能较高，其密度和强度通常要高于常压烧结，但在烧结过程也都需要加入 B、C等作为添加剂促进坯体的烧结致密化且生产成本高，不适于制备异型件。综上所述，上述方法高成本的压力烧结和高能耗极大限制了碳化硅陶瓷制品的生产和应用。

因此，大量研究工作通过烧结技术的研究与烧结助剂的选择和优化等手段促进碳化硅致密化过程，降低烧结温度，细化晶粒，改善碳化硅陶瓷材料的各项性能。但如何通过选择合适的助烧剂体系，改进制备工艺以降低生产成本，提高产品的致密度以及通过第二相增强以提高产品的力学性能等，从而实现大规模的工业化生产是目前本领域亟需解决的技术问题。为此，本发明提出一种高致密度的碳化硅陶瓷复合材料的制备方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种

高致密度碳化硅陶瓷复合材料的制备方法。

本发明提供的一种高致密度的碳化硅陶瓷复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、按照重量百分比将72～90%碳化硅粉体、3～10%炭黑、2～18%氮化硼纳米片以及2～5%燃烧助剂置于研磨机中进行湿法球磨混合，干燥，过筛，得到混合粉体；

S2、采用冷等静压成型工艺将步骤S1得到的混合粉体压制成型，得到素坯；

S3、将步骤S2得到的素坯置于烧结炉中进行无压真空烧结，得到预烧体；

S4、将步骤S3得到的预烧体置于石墨模具中进行放电等离子烧结，得到碳化硅陶瓷复合材料。

优选的，所述烧结助剂为LiAlO₂、CrSi₂和Re₂O₃组成的混合物，且混合物中LiAlO₂、CrSi₂和Re₂O₃的质量比为1.5～3：1.2～2：1。