[发明专利]一种碳颗粒/碳化硅陶瓷基复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高性能无机材料的制造工艺领域，属于从结构材料到功能材料得以广泛利用的碳/碳化硅陶瓷基复合材料制造技术，尤其是涉及一种采用碳颗粒(c_p)与亚微米SiC粉，烧制一种可机械加工的，能够和石墨夹具相匹敌，且具有比它好的耐压性、耐磨性、抗氧化性等物性的高强度及高硬度的碳颗粒/碳化硅(c_p/SiC)陶瓷基复合材料的制备方法。这种陶瓷基复合材料的制备方法和C_f/SiC陶瓷基复合材料的制备方法相比，能够在极短的时间内、相对低的成本、常压烧结下进行制造。 

背景技术

碳/碳化硅陶瓷基复合材料属于高温结构陶瓷，主要应用于航空航天、光学系统、空间技术、交通工具(刹车片，阀)、能源技术等领域，其结构性能优异，制备技术先进，主要是碳纤维增韧增强碳化硅陶瓷基复合高温结构材料(C_f/SiC)，已经实现工业化生产，为了拓宽复合材料的应用领域，今后将逐步向结构功能一体化方向发展，也就是复合材料既能满足力学性能的要求，同时还具有其他物理、化学性能。 

C_f/SiC陶瓷基复合材料的制备工艺及其各方面性能的研究已较成熟，但其制造工艺复杂，成本高，该复合材料在特殊领域中应用广泛，相应的专利及文献报道很多，但在民用工业中，尤其是玻璃工业中应用有相当大的局限性。 

由此，c_p/SiC陶瓷基复合材料作为一类新材料，能够降低生产成本，拓宽其应用范围。 

发明内容

本发明的目的是拓宽现有C/SiC陶瓷基复合材料的应用领域，采用含有可变比例纳米C_p和SiC复合粉作原料，配以适宜的烧结助剂，在氩气氛下采取常压或热压的方式固相烧结碳化硅基陶瓷复合材料的方法。 

为了实现发明目的，本发明通过如下方式实现： 

一种碳颗粒/碳化硅基陶瓷复合材料的制备方法，包括配料、混合、成型、烧结、机械加工，其特征在于：以含有可变比例纳米碳粒(C_p)与亚微米碳化硅(SiC)粉体为原料； 

上述作原料的复合粉体中，纳米C_p的质量比例范围为10％～50％，碳颗粒/碳化硅复合粉体的体积百分含量为90％～95％，烧结助剂的体积百分含量为5％～ 10％。； 

所述烧结助剂为硼(B₄C)-碳(酚醛树脂)和四甲基氢氧化氨或硼(B₄C)-碳(酚醛树脂)和蔗糖酯-PVA； 

上述烧结是在1950-2300℃温度下，在常压氩气氛下烧结。 

本发明有如下效果： 

1)工艺成本低，性能好：本发明可在2100-2150℃，常压氩气氛下烧结，获得相对密度为65％～95％的C_p/SiC陶瓷基复合材料，其抗弯强度达到150-200MPa。 

2)本发明可通过有目的的配方设计，使获得的陶瓷基复合材料为结构-功能综合性能良好的C_p/SiC陶瓷基复合材料。 

3)这种高性能的C_p/SiC陶瓷基复合材料可在工业上得到广泛的应用，如陶瓷密封环、陶瓷轴套、陶瓷夹具、陶瓷支架、陶瓷模具等。仅在玻璃工业上，就需要大量在高温(800-1000℃)下不与玻璃发生粘结，强度满足要求，可机械加工(抛光、钻孔等)的、抗氧化的C_p/SiC陶瓷基复合材料。 

4)这种工艺制备的C_p/SiC陶瓷基复合材料可满足急冷，急热的性能； 

5)石墨夹具的使用寿命≤100个周期(圈)，而C_p/SiC陶瓷基复合材料的使用寿命≥1000个周期(圈)； 

6)该夹具材料同时也和玻璃体接触，熔融状态下的玻璃体不会粘结在夹具上，能反复使用； 

7)用这种陶瓷基复合材料制备的陶瓷夹具上不会有挥发性材料粘附在金属件上。 

具体实施方式

在下文中，现在将更充分地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施，且不应该解释为局限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底和完全的，并将本发明的范围充分地传达给本领域技术人员。 

一种碳颗粒/碳化硅基陶瓷复合材料的制备方法，包括配料、混合、成型、烧结、机械加工，其特征在于：以含有可变比例纳米碳粒(C_p)与亚微米碳化硅(SiC)粉体为原料；