[发明专利]采用改进流延成型工艺制备反应烧结碳化硅陶瓷的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用改进对流延成型法制备反应烧结碳化硅陶瓷工艺改进的方法，属于陶瓷制备领域。

背景技术

流延成型是一种胶态成型的方法，用该方法制得的陶瓷材料具有结构均匀、可设计、可靠性高等特点，目前已经广泛应用于制备薄的平板陶瓷材料，特别在多层复合材料中优势更加明显。在先期的实验工作中，利用流延成型方法已经制备得到了微观结构均匀、孔径分布窄的含碳多孔素坯，并经高温液相渗硅得到致密的反应烧结碳化硅陶瓷。当素坯中C/SiC比值为3∶10的时候，反应烧结后的陶瓷三点抗弯强度高达410±14MPa。

然而，该种方法得到的陶瓷烧结体中残留的游离硅含量较高，当素坯中C/SiC比值为3∶10的时候，反应烧结后游离硅含量为37vol％。而过量游离Si的存在不仅限制反应烧结碳化硅陶瓷的使用温度，而且不利于陶瓷力学性能的提高。因此需要寻求一种方法能有效降低反应烧结体中游离硅的含量并进一步提高烧结体的抗弯强度。

从已有的文献报道，降低反应烧结碳化硅陶瓷烧结体中游离硅含量可以从两方面考虑，一是降低素坯的开口孔隙率；二是提高素坯中碳的含量。但无论选择哪种方法，都要考虑到液相渗硅是一个放热以及体积膨胀的过程，碳含量的增加也伴随着更大的热应力以及体积膨胀。如果素坯不具有一定的强度，则液相渗硅后很容易在烧结体中形成裂纹，进而使陶瓷体强度降低。先前的工作已表明，当素坯中C∶SiC增加到5∶10时，烧结体中出现裂纹状缺陷，抗弯强度也降低到225±79MPa。

在增强多孔材料方面，许多研究者们采取浸渍树脂的方法，例如，Furuno等人(Furuno，T.，Imamura，Y.，Kajita，分钟.，2004.Wood Sci.Tec分钟nol.37，349-361.)将酚醛树脂浸渍到细胞壁中，发现这种方法能显著提高木材的力学强度。

酚醛树脂是一种多功能、且能与多种有机或无机填料相容的物质，其经常被用作粘结剂，并且交联后可以提供一定的机械强度。另外，酚醛树脂在大约为1000℃的真空或者惰性气体条件下，会分解留下约55wt％的碳，这对反应烧结也是有利的。

在先前的工作中，本申请的发明人应用流延成型法制备了结构均匀的含碳多孔素坯并得到了力学性能良好的反应烧结碳化硅陶瓷。在此基础上，本发明拟进一步对多孔素坯进行真空浸渍酚醛树脂溶液，不仅有效地提高了素坯的强度和碳含量，而且又降低了素坯的开口孔隙率，最终降低烧结体的游离硅含量并增强了烧结体的力学强度。目前国内外关于真空浸渍酚醛树脂溶液到含碳多孔素坯再进行反应渗硅的工艺则鲜有报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用改进流延成型工艺制备反应烧结碳化硅陶瓷的方法。本发明是针对流延成型工艺制备反应烧结碳化硅陶瓷工艺中游离硅含量高、抗弯强度相对较低的不足，提供一种简单、有效的方法对其进行改进。其特征在于：采用真空浸渍的方法，将酚醛树脂溶液浸渍到由流延膜叠层、脱粘后得到的多孔素坯中，酚醛树脂固化后则残留在孔壁上；再经中温脱粘，酚醛树脂裂解后形成的无定形碳残留在素坯中，不仅降低了素坯的开口孔隙率而且增加了素坯中的碳含量。由此得到的素坯进行液相渗硅后得到的反应烧结碳化硅陶瓷相对于未浸渍酚醛树脂的样品，烧结体中游离硅含量大大降低，而且抗弯强度明显增加。

本发明采用的具体工艺包括如下步骤：

1)用流延成型法制备不同C/SiC比、孔径分布均匀的多孔含碳素坯；

2)将上述所得到的多孔含碳素坯真空浸渍在不同浓度酚醛树脂溶液中；

3)浸渍完全后，将浸渍有酚醛树脂溶液的含碳多孔素坯表面多余酚醛溶液用滤纸吸干；

4)将表面有多余酚醛溶液的素坯吸干后，放置到干燥箱中干燥使酚醛树脂固化；

5)将干燥后的素坯在真空条件下升温使酚醛树脂裂解成无定形碳；

6)将得到的含碳的素坯放置在硅片上，真空条件下反应渗硅，反应温度在1420-1550℃之间。

上述步骤1)中的C/SiC质量比介于1∶10-10∶1之间；

较佳的，所述步骤1)中C/SiC质量比介于在1.4-7∶1之间；

所述步骤2)中的酚醛树脂为苯酚甲醛树脂、聚乙烯醇缩醛改性酚醛树脂、聚酰胺改性酚醛树脂、环氧改性酚醛树脂、有机硅改性树脂、以及其他改性型树脂等；

所述的酚醛树脂有机溶液为乙醇、异丙醇、正丁醇、正辛醇、丙酮、丁酮、甲苯、二甲苯、正己烷、环己烷有机溶剂中的任意一种；

较佳的，所述的酚醛树脂的有机溶液浓度为5-70wt％，优先10wt％-60wt％；