[发明专利]一种高致密度的碳化硅陶瓷及其制备方法和应用

说明书

本发明属于非氧化物陶瓷材料领域，公开了一种高致密碳化硅陶瓷及其制备方法和应用。所述碳化硅陶瓷是以聚碳硅烷作为前驱体，以Al₂O₃‑Re₂O₃为烧结助剂，将聚碳硅烷和Al₂O₃‑Re₂O₃球磨混合后，保护气氛下，在500～1200℃裂解，所得碳化硅粉体经预压后在1500～1700℃进行烧结制得。本发明制得的SiC陶瓷的致密度为97％以上，维氏硬度为20～30GPa，抗弯强度为700～1200MPa，断裂韧性为6～12MPa·m^1/2，在1200℃下高温强度为600～1000MPa。本发明可实现各种结构复杂的大型结构件的制备，大大地降低了制备成本。

技术领域

本发明属于非氧化物陶瓷材料技术领域，更具体地，涉及一种高致密度的碳化硅陶瓷及其制备方法和应用。

背景技术

碳化硅(SiC)陶瓷具有高熔点、高强度、高硬度以及耐腐蚀等优异的性能；尤其是其抗高温烧蚀性能，使其在航空航天飞行器、冶炼窑炉构件等高温应用场景大放异彩。但由于SiC的强共价键，导致其烧结性能差，很难通过自扩散实现烧结致密化，导致烧结的成品致密度较低。

目前，对于SiC陶瓷的制备主要集中在高温、高压条件下制备；然而，以上方法不仅制备成本高，而且不利于大型结构件的成型制备，极大地限制了其应用。为了解决以上问题，通常需要加入各种烧结助剂促进SiC陶瓷的烧结。以上方法虽然可以一定程度上降低SiC陶瓷制备的温度和压力，但是仍然没有从本质上解决SiC陶瓷的低烧结活性。基于以上背景，急需开发一种方法通过改善SiC陶瓷的烧结活性，在温和条件下制备得到致密高性能SiC陶瓷。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，提供一种高致密度的碳化硅陶瓷。

本发明的另一目的在于提供上述高致密度的碳化硅陶瓷的制备方法。该方法是以聚碳硅烷作为前驱体，通过裂解得到高活性的碳化硅，并通过较低温度的烧结制得高致密度的碳化硅陶瓷。

本发明的再一目的在于提供上述高致密度的碳化硅陶瓷的应用。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种高致密度的碳化硅陶瓷，所述碳化硅陶瓷是以聚碳硅烷作为前驱体，以Al₂O₃-Re₂O₃为烧结助剂，将聚碳硅烷和Al₂O₃-Re₂O₃球磨混合后，保护气氛下，在500～1200℃裂解，所得碳化硅粉体经预压后在1500～1700℃进行烧结制得。

优选地，所述的述碳化硅陶瓷的致密度为97％以上，维氏硬度为20～30GPa，抗弯强度为700～1200MPa，断裂韧性为6～12MPa·m^1/2，在1200℃下高温强度为600～1000MPa。

优选地，所述Al₂O₃-Re₂O₃的纯度为99～99.9wt.％，所述Al₂O₃-Re₂O₃的粒径为0.01～2μm。

优选地，所述Re₂O₃中Re为Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或Lu。

优选地，所述球磨为辊式球磨，是以乙醇为溶剂，以氮化硅球为球磨介质，球磨转速为500～150r/min，所述球磨的时间为8～24h。