[发明专利]晶须增韧强化碳陶瓷复合材料

说明书

本发明涉及新型碳陶瓷材料的研制，属于陶瓷材料领域。

碳陶瓷是高技术陶瓷材料的，在80年代，日本和西德等国家均 开展了碳陶瓷材料的研制。如欧洲专利EP0145498报导了以碳化硅、 石墨和碳为主要原料，加入一定量的碳化硼、氧化铝或氧化铍添加剂 及聚乙烯醇粘结剂，混合、等静压成型后在1900～2300℃下烧结制成 了碳陶瓷材料。由于材料配方和工艺的原因，这种碳陶瓷材料强度和 韧性等性能低，满足不了工程可靠性的需要，影响了碳陶瓷材料的应 用，因此，研制高强度，韧性大、耐磨、抗热震、抗氧化性及电阻率 高的碳陶瓷材料显得非常重要。

本发明的目的是在碳和碳化硅混合基体中，加入碳化硅晶须，并 采用合理的材料配方和工艺，制备出高强度、耐磨、耐高温、抗热震、 韧性高及抗氧化、导电性好的碳陶瓷材料，这种材料适用于制作各种 强度高、耐磨、耐高温、抗热震、抗氧化性及导电好的结构部件。

本发明的内容：在碳和碳化硅粉末中，加入一定量的碳化硅晶须， 以提高材料的强度和韧性；加入一定量飞碳化硼、碳化鉏或碳化钛或 氮化钛添加剂，以提高材料的耐磨和抗氧化性及导电性，采用分步混 合、热压烧结工艺制程致密的具有高强度、高韧性、耐磨、耐高温、 抗热震、抗氧化性及导电性能好的碳陶瓷材料，这种材料便于机加工 和电加工，可制作高强度、韧性大、耐磨、耐高温、抗氧化、抗热震， 导电性能好的导电引弧喷嘴和焊丝喷嘴等结构部件。

本发明的要点如下：

1.材料配比

在含碳量为重量百分比10～50％的碳和10～50％的碳化硅粉末混 合基体中，加入重量百分比为10～50％的碳化硅晶须，碳化硅晶须的 直径为0.1～1微米，长度小于5微米，短晶须分布于基体晶粒内起弥 散强化作用；而长晶须分布于基体晶粒的晶界起增韧作用，从而提高 了材料的轻度和韧性。加入重量百分比为5～20％碳化硼及重量百分比 为3～10％碳化钽或碳化钛或氮化钛添加剂以提高材料的致密性和耐 磨剂导电性；由于加入添加剂后在高温下发生了如下化学反应： 2SiC+3O₂→2SiO₂+2CO和2B₄C+7O₂→4B₂O₃+2CO，因B₂O₃+SiO₂形 成的复合薄膜分布于样品表面防止材料进一步氧化，使材料具有高的 抗氧化性能及抗热震性能。配方中配比的变化范围见表1

表1原材料配方中配比的变化范围

2.晶须的处理：碳化硅晶须放到乙醇或其他极性溶剂中，用超声波 振荡，使晶须表面光洁并除去晶须中的微粉，这样增加了晶须与基体 的相容性和结合能力。

3.工艺：为了使材料致密化，本发明采用分步混合球磨，预压成 型在氩气下热压烧结的工艺，即首先将碳、碳化硼、碳化硅、碳化钽 或碳化钛或氮化钛与乙醇或其他极性溶剂混合球磨10～20小时，再加 入已处理过的碳化硅晶须进行第二步混合球磨，烘干后，在石墨模中 进行冷压成型，然后在氩气下热压烧结，热压温度为1950℃～2125℃， 压力150～300千克/平方厘米(15～30MPa)，烧结时间0.5～1.5小时。

4.本发明具有高强度、高韧性、耐磨、耐高温、抗热震、抗氧化性 及导电性能好的特点，便于机加工和电加工，可加工成导电引弧喷嘴 和焊丝喷嘴及其他耐磨导电的结构部件。

本发明的优点在于强度高、韧性大、耐磨、耐高温及抗热震、抗 氧性及导电性能好，便于机加工及电加工。

材料的性能测试结果见表2.

表2材料性能测试结果

本发明的抗弯强度和韧性均为高强石墨的4～6倍。

表3给出了本发明与国外同类材料性能的比较

表3本发明与国外同类材料性能的比较

注：国外是指欧洲专利EP0145496报导的数据。

实施例：

例1把15克的碳化硅晶须放在乙醇中，用超声波振荡1小时， 烘干后备用。