[发明专利]一种制备碳化硅晶须补强增韧陶瓷基复合材料的方法

说明书

本发明属于无机非金属技术领域，并公开了一种制备碳化硅晶须补强增韧陶瓷基复合材料的方法，包括以下步骤：(1)将碳化硅晶须、分散介质和分散剂混合配制成分散液，然后再过滤并对碳化硅晶须进行干燥；(2)过筛处理；(3)将陶瓷粉体、粘结剂和碳化硅晶须混合；(4)在SLS成型设备上成型；(5)将陶瓷素坯进行冷等静压处理；(6)将陶瓷素坯放置于排胶炉中进行脱脂处理；(7)将陶瓷素坯放置于气氛炉中进行烧结，即得到碳化硅晶须补强增韧陶瓷基复合材料。本发明实现了传统补强增韧方式在快速成型领域的创新应用，使陶瓷零件室温抗弯强度和断裂韧性相对于未加碳化硅晶须的情况分别提高了30％以上和15％以上。

技术领域

本发明属于无机非金属技术领域，更具体地，涉及一种制备碳化硅晶须补强增韧陶瓷基复合材料的方法。

背景技术

随着航空航天、能源及环境等工业领域的迅速发展，愈加苛刻的应用条件对陶瓷零件的结构和性能提出了更高的要求。激光选区烧结作为一种典型的增材制造技术，它基于离散-堆积成型原理，由三维数据驱动直接制造零件，在制备具有复杂结构陶瓷零件方面具有传统制造方法难以比拟的优势。然而，研究表明，采用激光选区烧结技术制造陶瓷零件时，往往存在力学性能较低等问题，极大地限制了该方法的广泛应用。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种制备碳化硅晶须补强增韧陶瓷基复合材料的方法，利用碳化硅晶须具有高弹性模量、高强度等优点及其产生的裂纹偏转、晶须拔出及桥联等作用，可使碳化硅晶须强化增韧陶瓷基体材料的力学性能得到显著提高。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种制备碳化硅晶须补强增韧陶瓷基复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将碳化硅晶须、分散介质和分散剂混合配制成分散液，并使碳化硅晶须在分散液中均匀分散，然后再过滤出碳化硅晶须并对此碳化硅晶须进行干燥，其中，所述分散剂的质量为所述分散介质质量的0.1％～5％，所述分散介质与碳化硅晶须的质量比为60:1～200:1；

(2)将干燥后的碳化硅晶须进行过筛处理，以筛除碳化硅晶须中尺寸大于设定值的团聚体，从而提高碳化硅晶须的分散性；

(3)将陶瓷粉体、粘结剂和步骤(2)中得到的碳化硅晶须在50r/min～300r/min的条件下机械混合5h～24h，得到混合均匀的复合粉体，其中，所述粘结剂的质量为所述陶瓷粉体质量的5％～30％，所述碳化硅晶须质量为氧化铝造粒粉质量的2％～30％；

(4)在SLS成型设备上对步骤(3)中得到的复合粉体进行成型，得到陶瓷素坯；

(5)将步骤(4)得到的陶瓷素坯进行冷等静压处理，其中，进行冷等静压的保压压力为50MPa～350MPa，保压时间为3min～10min；

(6)将步骤(5)得到的陶瓷素坯放置于排胶炉中进行脱脂处理，以去除陶瓷素坯中的有机物；

(7)将步骤(6)得到的陶瓷素坯放置于气氛炉中进行烧结，即得到碳化硅晶须补强增韧陶瓷基复合材料。

优选地，步骤(1)中在碳化硅晶须与分散介质、分散剂混合之前，采用酸洗法去除碳化硅晶须中的杂质和团聚体：将碳化硅晶须酸洗10h～24h，使碳化硅晶须中的杂质完全溶解，然后用去离子水清洗至中性，然后对碳化硅晶须进行干燥。

优选地，酸洗采用的酸为氢氟酸和/或浓硝酸，并且酸的浓度为0.5mol/L～1.5mol/L。

优选地，步骤(1)中通过机械搅拌和超声波清洗机超声振荡共20min～60min，以使晶须均匀分散。

优选地，步骤(1)中的所述分散介质为去离子水、无水乙醇、乙二醇中的一种或多种。

优选地，步骤(1)中的所述分散剂为焦磷酸钠、吐温80、硅烷偶联剂、聚乙烯亚胺、非离子型聚丙烯酰胺中的一种或多种。