[发明专利]一种高热导率SiC-AlN陶瓷复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高热导率SiC-AlN陶瓷复合材料及其制备方法，属于无机非金属材料领域。

背景技术

碳化硅陶瓷具有硬度高，耐强温、耐氧化、耐腐蚀，高温强度高，分解温度高（高于2400℃），化学稳定性好，抗热震性好，热导率高，热膨胀系数低等优点，在工业窑炉、石油、冶金、化工、机械、航空航天等诸多领域有广泛的应用，尤其是碳化硅陶瓷所具有的优良的热力学性能使其在热交换器、蓄热燃烧等对热性能要求较高的场合具有广阔的应用前景。

然而，目前制得的碳化硅材料却普遍存在着热导率低的问题。TANAKA S.等[Analysis of additives on BeO-doped SiC ceramics by secondary ion mass spectroscopy，Nippon seramikkusu kyokai gakujutsu ronbunshi,1995,103(8):870-872]通过在碳化硅中加入氧化铍，制得的碳化硅陶瓷热导率高达270W/(m·K)。Safaraliev G K等[Formation of solid solutions in the SiC-BeO system during hot pressing of ceramics，Inorg.Mater.1992，28（4）：609-611]也指出，在碳化硅中加入氧化铍后材料的热导率比纯碳化硅高3倍以上，然而氧化铍是剧毒材料，对人体有害。

氮化铝是一种综合性能优良的新型陶瓷材料，具有优良的热传导性（理论热导率可达320W/(m·K)），无毒，并且与碳化硅在原子尺寸、分子量、密度以及晶体结构相似，因而引起了不少研究者的关注。中国专利CN200610155655.1用真空无压烧结方法，以氧化钇为烧结助剂，制成了氮化铝增强碳化硅材料，但该专利并没有关于热导率的研究。程卫华等[热压烧结AlN-SiC复相陶瓷的致密化，有色金属，2010.8,62（3）：26-29]研究了SiC含量及热压温度、保温时间等工艺参数对复相陶瓷致密化的影响。潘裕柏等[无压烧结SiC-AlN复相陶瓷的显微结构，无机材料学报，1995.12,10（4）：428-532]利用无压烧结方法制备了SiC-AlN复相陶瓷，研究了显微结构和力学性能间的关系。程卫华等[SiC含量和热压烧结温度对AlN-SiC复相陶瓷材料导热性能的影响,机械工程材料，2009.6,33（6）：69-71]用热压法制备了AlN-SiC复相陶瓷，研究了SiC含量和热压烧结温度对热导率的影响，制得材料的热导率最高为88.92W/(m·K)。虽然目前已经有不少研究SiC-AlN复相陶瓷的文献报道，但更多的是关于力学性能的研究，对热导率的研究则比较少，而且制备方法多是热压法和无压烧结法，尚没有用反应烧结法制备高热导率SiC-AlN陶瓷复合材料的专利和文献报道。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种高热导率SiC-AlN陶瓷复合材料及其制备方法，该方法工艺简单、成本低，所制得的SiC-AlN陶瓷复合材料除了具有一般碳化硅陶瓷的优异性能外，还具有热导率高的特点，可以满足热交换器、蓄热燃烧等对热导率要求较高的场合的应用要求。

术语说明

D₅₀：也叫中位径或中值粒径，用来表示粉体的平均粒径。

本发明的技术方案如下：

一种高热导率SiC-AlN陶瓷复合材料，由以下质量百分比的原料成分经混合、成型、烧结而成：碳化硅50~80wt.%，氮化铝5~30wt.%，炭粉5~15wt.%，表面活性剂1~3wt.%，分散剂0.5~2.5wt.%，粘结剂0.3~1.5wt.%；各成分用量之和为100%。

优选的，上述SiC-AlN复合材料，由以下质量百分比的原料成分经混合、成型、烧结而成：碳化硅55~75wt.%，氮化铝10~25wt.%，炭粉5~15wt.%，表面活性剂1~3wt.%，分散剂0.5~2.5wt.%，粘结剂0.3~1.5wt.%；各成分用量之和为100%。

所述碳化硅为平均粒径1.0~50μm的碳化硅微粉；优选的，所述碳化硅为由平均粒径1.0~5μm的碳化硅微粉、平均粒径5~20μm的碳化硅微粉和平均粒径20~50μm的碳化硅微粉按质量比(3~12):(2~4):1混合的碳化硅微粉。

所述氮化铝为平均粒径0.5~5μm的氮化铝粉；所述炭粉为平均粒径0.1~1.0μm的炭粉；所述表面活性剂选自硬脂酸（十八烷酸）或脂肪酸甘油酯。