[发明专利]一种含纤维、晶须的碳化硅陶瓷组合物

说明书

本发明涉及一种陶瓷，是关于碳化硅陶瓷，特别是一种含纤维、晶须的碳化硅陶瓷组合物。

目前报道的增韧碳化硅陶瓷，多是含有碳化硅晶须或炭纤维的增韧碳化硅陶瓷。有关含有碳化硅晶须的增韧碳化硅陶瓷的报道参见：田杰谟等发明(设计)，清华大学申请，申请号为CN91101684.8的专利申请案“晶须增韧强化碳陶瓷复合材料”；以及，阿历山大·J·派齐克发明(设计)，唐化学原料公司申请，申请号为CN90110427.2的专利申请案“碳化硅晶须增强陶瓷复合材料及其制造方法”；以及，成来飞、张立同、徐永东、刘永胜、李镇、王晓明等发明(设计)，中国西北工业大学申请，申请号为CN200410026337.6的专利申请案“一种晶须和颗粒增韧陶瓷基复合材料制备方法”。有关含有炭纤维的增韧碳化硅陶瓷的报道参见：耿浩然等发明(设计)，济南大学申请，申请号为CN03138926.0的专利申请案“一种制备碳纤维增强碳化硅复合材料的装置及工艺”。

碳化硅陶瓷材料具有高温强度大、高温抗氧化性强、耐磨损性能好、热稳定性佳、热膨胀系数小、热导率大、硬度高、抗热震和耐化学腐蚀等优良特性，在汽车、机械化工、环境保护、空间技术、信息电子、能源等领域有着日益广泛的应用，已经成为一种在很多工业领域性能优异的其他材料不可替代的结构陶瓷。

机械设备中的动密封是通过两个密封端面材料的旋转滑动而进行的，作为密封端面材料，要求硬度高，具有耐磨损性。碳化硅陶瓷的硬度相当高且摩擦系数小，故碳化硅陶瓷作为机械密封端面材料可获得其它材料所无法达到的滑动特性。另一方面，两个端面密封材料在旋转运动过程中由于摩擦会产生一定的热量，从而使密封端面的局部温度升高，因此端面材料还必须能够耐受一定的温度。为了避免端面密封材料在旋转滑动过程中产生热应变和热裂，要求端面材料的导热系数高、抗热震性好。目前，碳化硅陶瓷已经在各类机械密封中获得大量的应用，并为机械设备的省力和节能做出了很大的贡献，显示出其他材料所无法比拟的优越性。碳化硅陶瓷在机械工业中还被成功地用作各种轴承、切削刀具。

航空航天、原子能工业等需要耐受超高温度的场合如核裂变和核聚变反应堆中需要的可承受2000度左右高温的耐热材料；火箭和航天飞行器表面用于耐受与大气剧烈摩擦中产生的高达数千K温度的隔热瓦；火箭发动机燃烧室喉衬和内衬材料，燃气涡轮叶片；高温炉的顶板、支架，以及高温实验用的卡具等高温构件也普遍采用碳化硅陶瓷构件。碳化硅陶瓷在石油化学工业中还被广泛地用作各种耐腐蚀用容器和管道。

工业应用中期望进一步提高碳化硅陶瓷的性能，首先要面对的问题是增韧问题。与其它各类陶瓷类似，碳化硅陶瓷有一定的脆性，如何提供高韧性的碳化硅陶瓷，是该生产领域关注的重要课题。

在这里有必要简单提及陶瓷增韧相关的原理。

1974年首次发现一些多晶相陶瓷具有阻力曲线行为，即裂纹扩展阻力随着裂纹增加而增长，这是一个重要的进步，此后，人们开始通过各种显微结构设计来提高陶瓷的韧性。中国天津大学高温结构陶瓷及工程陶瓷加工技术教育部重点实验室的周振君等，发表于“硅酸盐通报”2003年第3期p57-61的题为“高可靠性结构陶瓷的增韧研究进展”，以及，山东大学的郝春成等，发表于“材料导报”2002年2月第16卷第2期p28-30的题为“颗粒增韧陶瓷的研究进展”，以及，中国科学院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷与超微结构国家重点实验室的郭景坤，发表于“复旦学报(自然科学版)”2003年12月第42卷第6期p822-827的题为“关于陶瓷材料的脆性问题”，以及，山东大学机械工程学院先进射流工程技术研究中心的刘含莲等，发表于“粉末冶金技术”2004年4月第22卷第2期p98-103的题为“纳米复合陶瓷材料的增韧补强机理研究进展”等论文中，对陶瓷增韧问题的理论和实践有详尽的介绍。