[发明专利]一种碳化硅陶瓷预制体、铝基碳化硅陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料制备技术领域，尤其涉及一种碳化硅陶瓷预制体及其制备 方法、铝基碳化硅陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

铝基碳化硅陶瓷(SiCp/Al)复合材料综合了碳化硅陶瓷和铝合金的优良性 能，具有高比强度、良好的导热性、低膨胀系数等特点，在电子封装、航空航 天、军事、汽车等领域具有广泛的应用。铝基碳化硅陶瓷材料的制备工艺主要 有无压浸渗工艺和搅拌铸造工艺。其中，搅拌铸造工艺主要是将碳化硅颗粒不 断加入至熔融的铝液中，将碳化硅颗粒和铝合金融合在一起后浇注到模具中， 得到铝基碳化硅坯锭。无压熔渗工艺主要是将铝合金无压渗入到预先制备好的 碳化硅陶瓷预制体(即，多孔碳化硅陶瓷材料)中，形成铝基碳化硅陶瓷致密 复合材料。搅拌铸造工艺由于碳化硅颗粒与铝液的相容性差，而无法制备出高 体积分数、高性能的铝基碳化硅材料；无压熔渗透工艺可以实现铝基碳化硅“净” 尺寸成型(即，铝基碳化硅成型后，仅需要少量加工或不再加工，就可以用作 构件使用的成型技术)。所以，无压渗透工艺是制备铝基碳化硅陶瓷材料的首选 工艺。而碳化硅陶瓷预制体的强度、碳化硅陶瓷预制体是否具有高体积分数的 碳化硅、碳化硅陶瓷预制体结构是否均一是无压熔渗工艺是否能够制备出高性 能铝基碳化硅陶瓷材料的关键因素。

目前，碳化硅陶瓷预制体(即，多孔碳化硅陶瓷材料)的制备工艺主要有 干压成型工艺和注射成型工艺。其中，干压成型工艺是利用压力将制备碳化硅 陶瓷的干粉坯料在模型中压成致密体的一种成型方法。注射成型工艺主要包括： 配料、混炼(需添加粘结剂、喂料)、注射成型、脱脂及烧结。

但是，发明人发现干压成型工艺制备的铝基碳化硅陶瓷预制体强度低，结 构均一性差，无法实现后期制备出满足使用要求的高性能铝基碳化硅。注射成 型工艺需要大量的有机粘结剂，陶瓷素坯收缩大，无法制备出高体积分数的碳 化硅陶瓷材料(目前碳化硅的体积分数基本上小于60％)，因而也无法实现后期 制备出满足使用要求的高性能铝基碳化硅陶瓷材料。

发明内容

有鉴于此，本发明主要目的是提供一种碳化硅陶瓷预制体的制备方法，制 备出强度较高、结构均一及碳化硅体积分数较高的碳化硅陶瓷预制体。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：一种碳化硅陶瓷预制体 的制备方法，包括如下步骤：

将制备碳化硅陶瓷预制体的原料混合均匀，制得原料料浆；其中，所述制 备碳化硅陶瓷预制体的原料包括碳化硅、分散剂、有机单体及水；所述碳化硅 与所述原料料浆的体积比为40-70：100；

将引发剂加入至所述原料料浆中，混合均匀后得到陶瓷料浆；其中，所述 引发剂与所述原料料浆的质量比为0.5-5：1000；

对所述陶瓷料浆依次进行真空除气处理、注模成型、脱模干燥，得到陶瓷 素坯；

将所述陶瓷素坯在800-1200℃下进行烧结处理，得到碳化硅陶瓷预制体。

前述的碳化硅陶瓷预制体的制备方法，所述分散剂与所述碳化硅的质量比 为0.5-1.5:100；所述有机单体和水的质量比为1:5-1:10。

前述的碳化硅陶瓷预制体的制备方法，所述有机单体为丙烯酰胺和亚甲基 双丙烯酰胺的混和物，且所述丙烯酰胺与所述亚甲基双丙烯酰胺的质量比为 1:3-1:10；

所述引发剂为偶氮引发剂或过硫酸铵；

所述分散剂为氨水。

前述的碳化硅陶瓷预制体的制备方法，所述制备碳化硅陶瓷预制体的原料 还包括造孔剂；

所述造孔剂与所述碳化硅的体积比为0-1:10；

所述造孔剂为碳粉、石墨粉中的任一种或两种的混合物。

前述的碳化硅陶瓷预制体的制备方法，采用真空除气罐对所述陶瓷料浆进 行真空除气处理；

所述真空除气处理的真空度为5×10-6pa-5×10-2pa；

所述真空除气处理的时间为2-20min。

前述的碳化硅陶瓷预制体的制备方法，将经过真空除气后的陶瓷料浆注入 到非孔模具后，将所述非孔模具密封；

将所述盛有所述陶瓷料浆的非孔模具加热到50-100℃，保温100-150min， 自然降温至室温，得到固化定型的陶瓷坯体；

将所述固化定型的陶瓷坯体在干燥箱内干燥12-72小时后，得到陶瓷素坯。

前述的碳化硅陶瓷预制体的制备方法，采用高温炉对所述陶瓷素坯进行烧 结处理，所述烧结处理的时间为1-5h。

另一方面，本发明的另一个目的是提供一种碳化硅陶瓷预制体，所述碳化 硅陶瓷预制体由上述任一项所述的方法制备而成。