[发明专利]一种多晶SiC—金刚石双层复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种多晶SiC—金刚石双层复合材料及其制备方法，属于无机非金属材料领域，所述方法以SiC粉末或多晶块体、金刚石粉末为原料，对原料进行净化处理，预压成型，预压成型的原料用金属包裹体包裹，装配高压组装单元，放置于超高压设备中，在600‑2300℃，1‑25 GPa高温高压条件下烧结，制备得到多晶SiC—金刚石双层复合材料；利用本发明制备的多晶SiC—金刚石双层复合材料，具有多晶金刚石与多晶SiC双层结构，金刚石层与SiC层经高温高压烧结复合在一起，两层多晶材料结合紧密，晶粒大小分布均匀，致密度高；该多晶SiC—金刚石双层复合材料既具备金刚石高硬度高断裂韧性的特点，又结合了SiC多晶体成本低、易烧结的优点。

技术领域

本发明涉及一种多晶SiC—金刚石双层复合材料及其制备方法，属于无机非金属材料领域。

技术背景

碳化硅（α-SiC）陶瓷的耐化学腐蚀性好、耐磨性能好、密度低、摩擦系数小且耐高温，是一类重要的陶瓷材料；碳化硅主要有四大应用领域：1.磨料和切割工具：由于碳化硅的耐用性和低成本，在现代工业加工中作为常用磨料使用；2.结构材料：碳化硅有潜力作为结构材料代替镍高温合金制造涡轮机叶片或喷嘴叶片；3.天文学:碳化硅可作为天文望远镜的镜面材料使用；4.催化剂载体:碳化硅本身的抗氧化性质使其可作为非均相催化剂的载体；碳化硅产量大、生产成本低，但多晶碳化硅块材作为结构材料使用时的断裂韧性低，一定程度上限制了碳化硅作为结构材料的应用。

金刚石是自然界中已知最硬的物质，具有极高的耐磨性、抗压强度、散热速率，是目前工业中应用广泛的超硬材料；金刚石单晶价格昂贵且具有解离面，工业中很多领域使用性价比更高的多晶金刚石材料来代替金刚石单晶；传统的人造金刚石多晶烧结体是经人造金刚石粉末与Co、Ni 等金属粉末均匀混合后，在高压高温下烧结而成的一种复合多晶超硬材料，它在宏观上表现出各向同性和较高的硬度及韧性，在某些方面的应用性能优于单晶，被广泛应用于非铁金属、不含铁合金以及陶瓷材料的切削加工，石油天然气及矿业勘采，木质地板加工等领域，但是用于制备多晶金刚石的金刚石粉末价格昂贵，在一定程度上限制了多晶金刚石的大规模应用。

复合材料是运用先进的材料制备技术，将不同性质的材料组分优化组合而成的新材料，复合材料具有两种或两种以上化学、物理性质不同的材料组分，各组分之间存在明显的界面；复合材料具有结构可设计性，可进行复合结构设计；复合材料不仅保持各组分材料性能的优点，而且通过各组分性能的互补和关联可以获得单一组成材料所不能达到的综合性能；若将多晶SiC与多晶金刚石复合在一起得到多晶SiC—金刚石双层复合材料，不仅能够具备金刚石高硬度高断裂韧性的特点，又可兼具SiC耐磨性好、密度低、成本低的优点，但是，目前并未出现制备多晶SiC—金刚石双层复合材料的报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种利用SiC粉末或多晶块体、金刚石粉末为原料，在高温高压条件下制备多晶SiC—金刚石双层复合材料的方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种多晶SiC—金刚石双层复合材料的制备方法，具体包括如下步骤

a、原料处理：用无水乙醇分别处理晶粒尺寸为3 nm-500 μm的金刚石粉末和晶粒尺寸为3 nm-500 μm的SiC粉末或多晶块体，废液倒出后，在100-120 ℃条件下进行烘干；干燥后的金刚石粉末和SiC粉末或多晶块体中分别加适量的去离子水，分别进行预压成型，把成型样品放入真空干燥箱中真空干燥；

b、装配烧结单元：将预压成型的原料用金属包裹体进行包裹，避免样品在高温高压下污染；将带有金属包裹体的原料装入高压烧结单元中，将组装好的高压烧结单元放入干燥箱中恒温干燥备用；

c、高温高压烧结：将高压烧结单元放入高压设备的合成腔体中，然后开始升压，达到设定压力后，升温加热，保温一段时间；保温结束后，停止加热，保压一段时间后再开始缓慢降压；