[发明专利]一种金属增韧碳化硅基复合陶瓷及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合陶瓷及其制备方法，特别涉及一种金属增韧碳化硅基复合陶瓷及制备方法。

背景技术

碳化硅具有优异的高温强度、化学稳定性、高硬度、良好的抗热冲击性以及较低的热膨胀系数，因此广泛应用于冶金、化工、航空航天和热机等领域。碳化硅陶瓷材料仍然具有脆性大、可靠性低的缺点，因此降低陶瓷材料的脆性并提高材料的可靠性有着重要的工程意义，陶瓷基复合材料(CMC)是目前改善陶瓷脆性的主要方法。制备CMC材料一般都使用颗粒弥散增韧或者纤维和晶须增韧，常见的工艺有：

1)泥浆浸渗法及粉末烧结法，泥浆浸渗法主要用来制造玻璃及玻璃陶瓷基复合材料(参见王零林，特种陶瓷，中南工业大学，1994：150-180)；而粉末烧结方法，就是将陶瓷细粉成型后，在高温下烧结成型，这种方法往往会对增强用的纤维造成损伤。

2)熔融浸渗法，常用于制备金属基复合材料，该工艺能一次形成致密且基本无缺陷的基体而且烧结前后尺寸收缩小。在此工艺上，发展了压力浸渗和真空浸渗。

3)溶胶凝胶法，这种方法制备的材料基体存在孔隙率高，基体在高温裂解过程中收缩大，容易产生气孔和裂纹的问题，但化学均匀性好，可以用来制备成分均匀、多相的陶瓷基体。

4)电泳沉积和化学气相沉积法，电泳沉积法具体的文献可以参见C.Kaya，F.Kaya，A.R.Boccaccini，K.K.Chawla，Acta Mater.2001，49，1189.化学气相沉积的相关文献可以参见David P S.Caputo A J.Richard A L.AmCeram Soc Bull，1986，65，(2)：347-350。这两种方法就是通过化学或者电泳的方法将基体材料沉积到纤维表面，高温材料可以在低温下制造，不会对纤维的表面状态造成破坏。

现有的制备陶瓷基复合材料(CMC)的工艺往往较为复杂，而且在制备过程中往往使用陶瓷纤维作为基体，这就使得制备材料的成本提高；压力浸渗的方法则要求事先准备已经烧结过的坯体。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种金属增韧碳化硅基复合陶瓷及制备方法，其烧结温度最高温度不超过850℃，采用压力浸渗铝合金的方法，利用金属和氧化钛发生反应形成连接提供材料的骨架，既保证了材料本身具有足够的强度，同时又由于金属的增韧作用，提高了碳化硅基材料的韧性。

为达到以上目的，本发明的技术方案如下：

一种金属增韧碳化硅基复合陶瓷，原料按重量百分数，包括下述组分：碳化硅粉末30％～40％、纳米氧化钛粉末5％～20％和硅铝合金40％～50％以及2％～8％的PVB有机粘接剂。

所述碳化硅粉末，其α-SiC含量＞98％。

所述纳米氧化钛为III类锐钛矿型钛白粉。

所述硅铝合金为铸造铝合金，硅含量小于14wt％。

一种金属增韧碳化硅基复合陶瓷的制备方法，包括下述步骤：

步骤一、按重量百分数准备碳化硅粉末30％～40％、纳米氧化钛5％～20％、硅铝合金40％～50％以及2％～8％的PVB有机粘接剂，先将30％～40％碳化硅粉末、5％～20％纳米氧化钛粉末两种原料用无水乙醇作为分散剂湿法球磨制备成混合粉末；

步骤二、将混合粉末干燥，并加入准备好的2％～8％PVB有机粘接剂搅拌均匀后过120～400目筛造粒；所用的PVB有机粘接剂纯度在99％以上；

步骤三、根据所需制品形状选择模具，将上述造粒料装入模具型腔内，压力为60～140MPa模压成型；将压制好的生坯，放入烘箱干燥固化，干燥固化工艺为室温至60℃2h，60℃～80℃4h，80℃～100℃4h，100℃～140℃下保温时间大于8h。

步骤四、将烘干后的生坯放入空气炉内于600℃保温1h排胶，排胶后，将压铸机内壁与金属压头之间的接触表面涂上一层BN，以便渗铝后脱模，然后将多孔预制体即烘干后的生坯按顺序放入压铸机腔内，先将压铸机预热到浸渗温度保持20分钟，然后将熔融的铝合金液倒入放置预制体的模具内，以25-40N/S的加载速率施加压力将铝合金液压入预制体内，在浸渗压力下时保持5分钟，最后待铸块冷却后与模具分离，然后将铸块重新熔化除去多余的铝合金得到金属-陶瓷复合材料。

本发明结合反应烧结和压力浸渗的方法，用粉料作为原料，制得生坯后通过压力浸渗工艺，在浸渗过程中同时完成浸渗和颗粒的结合，利用金属改善陶瓷的韧性，是一种相对简单的制备陶瓷基复合材料的工艺方法。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例一