[发明专利]一种氮化铝/碳化硅/钛酸铝多孔陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氮化铝/碳化硅/钛酸铝多孔陶瓷及其制备方法。

技术背景

氮化铝基多孔陶瓷是一类应用广泛的陶瓷材料，现有氮化铝基多孔陶瓷的制备工艺复杂，所使用的烧结温度高达1500-1600℃，烧结时间长达30分钟以上，导致能耗大，且要额外加入成孔剂，浪费资源，所得产品的结构性能差，断裂韧性小于2Mpa m^1/2、弯曲强度小于120Mpa、弹性模量小于100Gpa；产品的功能性能比较差，表现在抗热震性和隔热性差。除日益广泛应用的某些高散热结构件之外，目前用量最大的产品是采用具有大规模连续生产特点的流延成型技术与工艺制造的AlN陶瓷基片。基于基片产品的这一外观、尺寸特性，高的烧结温度除了导致制造成本增加外，更重要的是不易于控制基片产品的性能，如色泽的一致性、平整度和粗糙度等，影响产品的合格率。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种能够具有良好断裂性能和抗热震性的陶瓷材料。

本发明采用的技术方案是：采用氮化铝、碳化硅和钛酸铝为主要原料，其配方的重量百分比为氮化铝40-60％，碳化硅20-40％，碳酸钙粉5％，钛酸铝10％，石蜡5％，孔隙率为60-80％。

制备方法：把氮化铝粉、碳化硅粉和钛酸铝粉，分别过325目标准筛，取筛下部分。然后按下述比例混合：氮化铝40-60％，碳化硅20-40％，碳酸钙粉5％，钛酸铝10％，混合后在120℃加热6小时制成粉料备用。石蜡5％在125℃下混合均匀，制成增塑剂备用。把混料机升温至125℃，加入配制好的增速剂，然后边搅拌边加入上述混合好的粉料，全部加完后继续搅拌6小时，倒出冷却制成料锭。把上述料锭用陶瓷注射成型机按以下技术参数依模具制成若干形状的陶瓷生坯：料缸温度90-130℃，射嘴温度90-120℃，成形压力4-20Mpa，注射时间2-10秒，保压时间10-30秒，模具温度30-40℃。生坯经1200-1400℃的高温焙烧制得氮化铝/碳化硅/钛酸铝多孔陶瓷。

本发明中加入的氮化铝和氧化钛可以原位生成钛酸铝相，从而增强了氮化铝/碳化硅/钛酸铝多孔陶瓷的机械性能和热学性能，同时产生大量的均匀分布的气孔，降低了材料的热导率，提高了材料的隔热型，而且提高了材料的抗热震性。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于一下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

实施方式1：把氮化铝粉、碳化硅粉和钛酸铝粉，分别过325目标准筛，取筛下部分。然后按下述比例混合：氮化铝40％，碳化硅40％，碳酸钙粉5％，钛酸铝10％，混合后在120℃加热6小时制成粉料备用。石蜡5％在125℃下混合均匀，制成增塑剂备用。把混料机升温至125℃，加入配制好的增速剂，然后边搅拌边加入上述混合好的粉料，全部加完后继续搅拌6小时，倒出冷却制成料锭。把上述料锭用陶瓷注射成型机按以下技术参数依模具制成若干形状的陶瓷生坯：料缸温度130℃，射嘴温度120℃，成形压力4Mpa，注射时间2秒，保压时间30秒，模具温度30℃。生坯经1200℃的高温焙烧制得氮化铝/碳化硅/钛酸铝多孔陶瓷。

实施方式2：把氮化铝粉、碳化硅粉和钛酸铝粉，分别过325目标准筛，取筛下部分。然后按下述比例混合：氮化铝60％，碳化硅20％，碳酸钙粉5％，钛酸铝10％，混合后在120℃加热6小时制成粉料备用。石蜡5％在125℃下混合均匀，制成增塑剂备用。把混料机升温至125℃，加入配制好的增速剂，然后边搅拌边加入上述混合好的粉料，全部加完后继续搅拌6小时，倒出冷却制成料锭。把上述料锭用陶瓷注射成型机按以下技术参数依模具制成若干形状的陶瓷生坯：料缸温度90℃，射嘴温度90℃，成形压力20Mpa，注射时间10秒，保压时间10秒，模具温度40℃。生坯经1400℃的高温焙烧制得氮化铝/碳化硅/钛酸铝多孔陶瓷。

实施方式3：把氮化铝粉、碳化硅粉和钛酸铝粉，分别过325目标准筛，取筛下部分。然后按下述比例混合：氮化铝50％，碳化硅30％，碳酸钙粉5％，钛酸铝10％，混合后在120℃加热6小时制成粉料备用。石蜡5％在125℃下混合均匀，制成增塑剂备用。把混料机升温至125℃，加入配制好的增速剂，然后边搅拌边加入上述混合好的粉料，全部加完后继续搅拌6小时，倒出冷却制成料锭。把上述料锭用陶瓷注射成型机按以下技术参数依模具制成若干形状的陶瓷生坯：料缸温度120℃，射嘴温度110℃，成形压力10Mpa，注射时间6秒，保压时间20秒，模具温度35℃。生坯经1300℃的高温焙烧制得氮化铝/碳化硅/钛酸铝多孔陶瓷。