[发明专利]一种碳化硅晶须增强氮化硅陶瓷复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种陶瓷基复合材料及其制备方法，特别是涉及一种碳化硅晶须增强氮化硅陶瓷复合材料及其制备方法。

背景技术

氮化硅陶瓷热膨胀系数(CTE)为2.5～3.0×10^-6/K，导热系数18.4w/m·K，热膨胀低，热导率高，从而使其抗热震性能非常优良。氮化硅陶瓷具有高强度、高硬度、耐磨蚀、抗氧化和良好的抗热冲击及机械冲击性能，曾被材料科学界认为是结构陶瓷领域中综合性能优良、最有希望替代镍基合金在高科技、高温领域中获得广泛应用的一种新型材料。但其在1200℃发生蠕变，脆延转变温度低，难以单独在高温状态使用。

随着科技的迅速发展，机械、电子、航空航天、能源等各工业部门对材料的性能提出更高的要求，现有的金属或高分子材料往往难以胜任，因此具有高硬度、耐磨损、耐腐蚀、热化学稳定性等优异性能的陶瓷材料日益受到关注。与此同时陶瓷材料的脆性大，韧性低的弱点，也成为各国研究的热点。碳化硅晶须素有“晶须之王”的美誉，在制备高性能复合材料方面已得到了广泛应用，也是用于增韧陶瓷基复合材料中研究得较多的一种增强材料。

2011年12月出版的《江苏陶瓷》第44卷第6期杂志中“氮化硅陶瓷的制备及性能研究进展”一文中公开了碳化硅晶须增韧氮化硅陶瓷的作用机理，利用碳化硅晶须对陶瓷进行增韧，可以大幅度提高氮化硅陶瓷的断裂韧性。其作用机理主要是把具有高弹性和高强度的晶须添加到材料中后，使裂纹扩展的剩余能量渗入到晶须中，发生晶须拔出、脱胶和断裂，导致断裂能被消耗或裂纹扩展方向发生偏转，从而形成了复合材料断裂时新的吸能机制，使复合材料的韧性大大提高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种碳化硅晶须增强氮化硅陶瓷复合材料，其特征在于是以氮化硅陶瓷作为基体材料，以氮化硅晶须或是碳化硅短切纤维作为增强纤维，增强纤维体积分数为30～45％。

为解决上述技术问题，提供一种碳化硅晶须增强氮化硅陶瓷复合材料的制备方法。其特征在于，包括下述顺序的制备步骤：

1.将碳化硅晶须与硅粉混合造粒；

2.将烧结助剂、单体交联剂、分散剂、引发剂、催化剂加入到上述混合粉料中，以纯水作为介质，用氧化铝作为球磨介质，按照一定比例加入纯水和氧化铝到尼龙罐中，球磨24～36小时；

3.经抽滤、烘干，在110～150℃烘箱中保温5～10小时；

4.烘干后的粉料通过200～300目筛子过筛，造粒；

5.按照实际需要取相应重量的粉料，放置于金属或玻璃包套中，抽真空后，放入烧结炉中准备烧结；

6.采用热等静压烧结，在热等静压炉中1650～1750℃，5～10MPa，烧结1.5～2小时，降温速度约为每小时600～800℃；

7.陶瓷对陶瓷外型进行加工；

8.在氮化炉中进行氮化处理，氮化工艺为1100～1300℃初步氮化，1350-1450℃二次氮化获得，与纯氮化硅陶瓷粉体烧结相比具有烧结温度低的优点。

本发明优点在于：1.以碳化硅晶须作为增强相，以保证复合材料具有高的断裂韧性以及高的使用可靠性；2.本发明的复合材料具结构稳定、可靠性高、强度高等优点；3.制备工艺简单，工艺周期短。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。

实施例1

1.将碳化硅晶须与硅粉混合造粒；

2.将烧结助剂、单体交联剂、分散剂、引发剂、催化剂加入到上述混合粉料中，以纯水作为介质，用氧化铝作为球磨介质，按照一定比例加入纯水和氧化铝到尼龙罐中，球磨24小时；

3.经抽滤、烘干，在110℃烘箱中保温10小时；

4.烘干后的粉料通过200目筛子过筛，造粒；

5.按照实际需要取相应重量的粉料，放置于金属或玻璃包套中，抽真空后，放入烧结炉中准备烧结；

6.采用热等静压烧结，在热等静压炉中1750℃，5MPa，烧结1.5小时，降温速度约为每小时600℃；

7.陶瓷对陶瓷外型进行加工；

8.在氮化炉中进行氮化处理，氮化工艺为1250℃初步氮化，1450℃二次氮化获得，与纯氮化硅陶瓷粉体烧结相比具有烧结温度低的优点。

实施例2

1.将碳化硅晶须与硅粉混合造粒；