[发明专利]表面刻蚀的微米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料、制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及材料领域，具体涉及一种表面刻蚀的微米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料、制备方法及应用。

背景技术

微米碳化硅(SiC)，又称金刚砂，由碳和硅化合形成分子式SiC。碳化硅微晶须为立方微晶须，和金刚石同属于一种晶型，是目前已经合成出的晶须中硬度最高，模量最大，抗拉伸强度最大，耐热温度最高的晶须产品，分为α型和β型两种形式，其中β型性能优于α型并具有更高的硬度(莫氏硬度达9.5以上)，更好的韧性和导电性能，抗磨、耐高温，特别耐地震、耐腐蚀、耐辐射，已经在飞机、导弹的外壳上以及发动机、高温涡轮转子、特种部件上得到应用。同样，氧化铝微晶须作为一种陶瓷晶须，具有高强度及优越的力学性能，而且不存在高温氧化问题。微米碳化硅能够通过多种形式得到，包括但不局限于填充陶瓷材料，粮食和纤维。大块的或颗粒状的微米碳化硅有很多用途，包括用作研磨或切割用具、建筑陶瓷、用于电子电路元件和加热元件。微米碳化硅也能够以微晶须形式存在。通常在微米碳化硅的生产工业中微晶须被定义为拥有高比例的长度直径比的微米碳化硅颗粒。不同尺寸和不同工艺制作得到的微米碳化硅微晶须通常用于加强和巩固其他材料。

早期的微米碳化硅微晶须是由稻谷壳在SiO₂气氛中高压生产得到。后来，微米碳化硅微晶须是通过使用石油化工过程生产得到，而现在的微米碳化硅微晶须，能够在高温下直接氟化得到。但是却造成了下面的问题：(i)需要非常高的温度前驱体才能反应生成预期的微米碳化硅，(ⅱ)会产生的一些处理繁琐且费用昂贵的石化衍生物(例如苯并恶嗪，甲苯)，(iii)需要昂贵的前驱体(如碳化硼)。例如，现有的典型传统工艺的已知反应方法是在温度高达2200℃下执行，远远超过1000℃。这就会造成需要具高温锅炉及重要生产条件控制的困难。例如，进料速度，加温区的温度控制，气态物质排放，热能排放，及电能质量监控等。

因此，目前对于微米碳化硅微晶须的研究，都是为了克服一个或多个上面讨论的问题。但是，现有的生产技术仍然存在下面的问题，如：(一)会产生不符合规格的材料(“废料”)，造成生产效率低下；(二)增加生产时间；(三)增加生产成本。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，提供一种表面刻蚀的微米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料，能够快速生产，显著降低了生产时间，提高了生产效率。另外，成分比例恰当，没有原料的浪费，降低生产成本，机械强度更高，具有较好的热传导特性。本发明的制备方法中，并且由该生产技术得到的产品比用其它方法制得的更均匀。本发明的产品性能更好，应用更为广泛。

本发明所述的一种表面刻蚀的微米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料，以重量份数计，原料组成如下：

微米碳化硅斜方微晶须51-99.99份；

微米氧化铝正交微晶须0.01-49.99份；

微米碳化硅/氧化铝表面刻蚀复合材料0.01-49.99份；

所述微米碳化硅斜方微晶须、微米氧化铝正交微晶须、微米碳化硅/氧化铝复合材料表面均经过刻蚀处理；

高岭土0.01-0.015份，高岭土表面经过Na₂SiF₆处理；

氟化材料占高岭土质量的2-4％。

Na₂SiF₆占高岭土总质量的0.05-3％。

Na₂SiF₆(氟硅酸钠)是一种低成本且常用于氟化城市供水的白色结晶粉末。制备过程中，用氟硅酸钠处理过的高岭土用作掺合剂直接氟化微米碳化硅。

本发明表面刻蚀的微米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料的原料组成，以重量份数计，优选如下：

微米碳化硅斜方微晶须70-99.99份，微米氧化铝正交微晶须0.01-30份，高岭土0.01-0.015份。

本发明表面刻蚀的微米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料的原料组成，以重量份数计，更优选如下：

微米碳化硅斜方微晶须97.5-99.45份，微米氧化铝正交微晶须0.01-0.05份，微米碳化硅/氧化铝表面刻蚀复合材料0.01-0.05份；高岭土0.01-0.015份。

所述微米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料中，所述微米碳化硅斜方微晶须与微米氧化铝正交微晶须处于物理上的分离状态。

所述氧化铝正交微晶须的长度为：1-20μm；微米碳化硅斜方微晶须的长度为1-20μm；所述微米碳化硅/氧化铝表面刻蚀复合材料微晶须的长度为1-20μm。

表面刻蚀的微米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料的原料优选如下：