[发明专利]一种碳/碳化硅陶瓷复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于陶瓷材料技术领域，具体涉及一种碳/碳化硅陶瓷复合材料的制备方法。

背景技术

陶瓷基复合材料(CeramicMatrixComposite，简记为CMC)是以陶瓷材料为基体，以 陶瓷纤维、晶须、晶片或颗粒为补强体，通过适当的复合工艺制备且性能可设计的一类新 型材料，又称为多相复合陶瓷(MultiphaseCompositeCeramic)或复相陶瓷，包括纤维(或 晶须)增韧(或增强)陶瓷基复合材料、异相颗粒弥散强化复相陶瓷、原位生长陶瓷复合 材料、梯度功能复合陶瓷及纳米陶瓷复合材料。

陶瓷基复合材料在有机材料基和金属材料基复合材料不能满足性能要求的工况下可以 得到广泛应用，成为理想的高温结构材料，主要用作机械加工材料、耐磨材料、高温发动 机燃烧室及连接杆、航天器保护材料、高温热交换器材料、高温耐腐蚀材料、轻型装甲材 料、分离或过滤器材料、承载/透波/隔热材料等。

陶瓷因其高强、高硬度、低密度、高的化学稳定性诸特性正受到极大的关注，同时， 工程应用较为广泛，应用领域包括转轴，喷嘴、阀门等。在陶瓷材料中，SiC是一种被公认 的最具有应用潜力的非氧化物陶瓷材料，它具有高强度，高耐磨性和抗氧化性。然而，该 陶瓷材料机械加工性能不佳。C/SiC复合陶瓷基大多采用碳纤维(C_f)增强碳化硅基的复合制 备方法，工艺复杂，成本较高，且通常应用在国防、军事、航空航天等领域，在民用领域 中还未被人们普遍认识，仅在机械密封方面有应用，其它民用领域研究报道较少。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种碳/碳化硅陶瓷复合材料的制备方法， 所得材料具有良好的力学性能和热性能。

一种碳/碳化硅陶瓷复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，以重量份计，将碳粉20～30份、硅粉8～15份混合，加至无水乙醇20～30份 中，球磨，过滤，得复合粉体；

步骤2，以重量份计，取丙烯酸树脂2～7份、二甲酚树脂4～9份、环氧树脂1～5份、 乙二醇2～8份、过硫酸胺丁氧基乙酯3～7份、二甲基聚硅氧烷1～4份、1,3-丙二硫醇3～ 6份、有机溶剂2～6份、三聚磷酸钠3～7份，混合，加热至50～70℃，放冷，得到混合 溶剂；

步骤3，以重量份计，将步骤1所得复合粉体加至步骤2所得混合溶剂中，再加入蔗糖 脂2～7份、聚乙二醇1～6份、聚丙烯酸铵2～6份、四甲基氢氧化铵3～8份，球磨，压 制成型后烧结，即得。

进一步地，步骤1中碳粉粒度为80～100目，硅粉粒度为80～100目。

进一步地，步骤2中加热至50～70℃后保温2～4h。

进一步地，步骤2中有机溶剂是松油、丁基卡必醇或者松油醇中的一种。

进一步地，步骤3中所述烧结是先在真空度为0.002～0.005MPa的条件下升温至150～ 200℃，烧结200～300min，再升温至800～900℃，烧结150～240min，然后降温至180～ 200℃，使用水蒸汽熏蒸20～30min。

进一步地，步骤2中混合过程是在CO₂气氛中进行。

进一步地，步骤3中还需要加入大豆卵磷脂1～7份。

本发明的陶瓷复合材料在体积密度2.69～3.05g/cm^3，断裂韧性2.75～3.58MPa·m^1/2， 室温抗弯强度为397～487MPa，热导率为109～143W·m^-1·K^-1，热膨胀系数为2～5×10^-6K^-1。

具体实施方式

实施例1

一种碳/碳化硅陶瓷复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，以重量份计，将碳粉20份、硅粉8份混合，加至无水乙醇20份中，球磨，过 滤，得复合粉体；

步骤2，以重量份计，取丙烯酸树脂2份、二甲酚树脂4份、环氧树脂1份、乙二醇2 份、过硫酸胺丁氧基乙酯3份、二甲基聚硅氧烷1份、1,3-丙二硫醇3份、有机溶剂2份、 三聚磷酸钠3份，混合，加热至50℃，放冷，得到混合溶剂；