[发明专利]采用液相烧结制备以氧化锆为增韧相的碳化硅陶瓷的方法

说明书

技术领域

本发明属于碳化硅陶瓷领域，具体涉及一种采用液相烧结制备以氧化锆为增韧相的碳化硅陶瓷的方法。

背景技术

碳化硅陶瓷由于具有高硬度，高强度，高热导，热膨胀系数低，耐磨损，耐酸碱腐蚀性强，抗氧化性强等特点而成为一种非常重要的工程材料。但是与大多数陶瓷材料一样，碳化硅陶瓷也具有断裂韧性低的特点，这限制了碳化硅陶瓷的大规模应用。无压液相烧结技术降低了碳化硅陶瓷烧结致密化所需的温度，使得获得的碳化硅陶瓷具有均匀的细晶结构。这使得液相烧结碳化硅陶瓷相比于传统的反应烧结和固相烧结碳化硅陶瓷具有较好的力学性能，尤其是断裂韧性。但是液相烧结碳化硅陶瓷的断裂韧性依然差强人意，离实现实际应用尚有距离。因而，提高碳化硅陶瓷断裂韧性是实现碳化硅陶瓷大规模应用的必经之路。Bucevac等学者通过加入TiO₂,B₄C和C进行原位反应生成TiB₂来达到增韧SiC陶瓷的目的，在TiB₂含量为30Vol％得到了断裂韧性高达5.7MPa m^1/2的SiC陶瓷。Kim等人则通过添加TiC来对SiC陶瓷进行增韧，在TiC含量为30wt％时，获得了断裂韧性高达7.8MPa m^1/2的SiC陶瓷。这些方法虽然都在一定程度上提高了SiC陶瓷的断裂韧性，但是大量这些物质的加入势必会对SiC陶瓷的无压烧结致密化造成影响。因此，该领域迫切需要一种以掺杂少量增韧相制备碳化硅陶瓷，以减少对碳化硅陶瓷致密化不利影响。

发明内容

本发明旨在克服现有碳化硅陶瓷制备方法的不足，本发明提供了一种以氧化锆为增韧相的碳化硅陶瓷的制备方法。

本发明提供了一种采用液相烧结制备以氧化锆为增韧相的碳化硅陶瓷的方法，所述方法包括：

1)将含有SiC粉体、Al₂O₃粉体、Y₂O₃粉体和ZrO₂粉体的原料与溶剂均匀混合得到碳化硅陶瓷浆料，其中，Al₂O₃粉体占原料的2.19-4.38wt％，Y₂O₃粉体占原料的2.81-5.62wt％，ZrO₂粉体占原料的1-5wt％，原料中其余部分为SiC粉体；

2)将步骤1)制备的碳化硅陶瓷浆料干燥后、粉碎、研磨、过筛得到碳化硅陶瓷粉体；

3)将步骤2)制备的碳化硅陶瓷粉体通过干压、等静压处理得到碳化硅陶瓷素坯；

4)将步骤3)制备的碳化硅陶瓷素坯在氩气气氛、1850-1950℃下烧结，即得所述以氧化锆为增韧相的碳化硅陶瓷。

本发明的增韧机理在于ZrO₂与SiC的原位反应：ZrO₂+3SiC＝ZrC+3Si(l)+2CO(g)。反应所得产物与SiC之间热膨胀系数失配，导致残余应力场的产生。残余应力场诱导裂纹偏转，使得断裂韧性得以提高。

较佳地，步骤1)中，所述SiC粉体、所述Al₂O₃粉体和所述Y₂O₃粉体的平均粒径可为0.2-0.8μm，所述SiC粉体可为α-SiC粉体。

较佳地，步骤1)中，所述ZrO₂粉体的纯度可＞98wt％，平均粒径可为0.5-2μm。

较佳地，步骤1)中，Al₂O₃粉体和Y₂O₃粉体的摩尔比可为5:5～5:3。

较佳地，步骤1)中，原料与溶剂的均匀混合可通过湿法球磨实现，所述原料与SiC球研磨介质的质量比可为1：(1-3)。

较佳地，步骤1)中，步骤1)中，碳化硅陶瓷浆料的固含量可为40～60％。

较佳地，步骤3)中，干压的参数可为：干压压力为10-60MPa，干压时间为1～5分钟。

较佳地，步骤3)中，等静压的参数可为：等静压压力为100-300MPa，等静压时间为1～10分钟。

较佳地，步骤1)中制备的陶瓷浆料中还含有粘结剂，步骤3)中等静压处理之后还有脱粘工艺，脱粘的参数可为：脱粘温度600～1000℃，脱粘时间60～120分钟。

较佳地，步骤4)中，烧结工艺中的保温时间可为30-120分钟，升温速率可为2～10℃/分钟。

本发明的有益效果：