[发明专利]一种增韧碳化硅陶瓷及其制备方法

说明书

本申请涉及陶瓷制备的技术领域，更具体地说，它涉及一种增韧碳化硅陶瓷及其制备方法。增韧碳化硅陶瓷由包含以下重量份的原料制成：SiC粉60‑80份、Si粉3‑6份、碳纳米管3‑6份、改性酚醛树脂6‑8份以及增韧粉末6‑9份，所述SiC粉的中位粒径介于0.1‑5.0μm；所述Si粉的中位粒径介于0.1‑5.0μm；其制备方法为：（1）原始混合粉料制备；（2）原始混合浆料制备；（3）干燥造粒得到原始造粒粉；（4）冲压成型得到增韧碳化硅陶瓷粗胚；（5）烘干得到增韧碳化硅陶瓷毛坯；（6）烧结并冷却得到增韧碳化硅陶瓷。本申请的增韧碳化硅陶瓷具有较为优良的力学性能；另外，本申请的制备方法具有提高碳化硅陶瓷的力学性能的效果。

技术领域

本申请涉及陶瓷制备的技术领域，更具体地说，它涉及一种增韧碳化硅陶瓷及其制备方法。

背景技术

碳化硅陶瓷作为一种高温结构陶瓷，其具有耐磨、耐热、耐腐蚀以及导热率高等优良特性。因此，碳化硅陶瓷已经被广泛地应用于机械、电子、石油化工、冶金等工业领域以及国防工业，并被国际上确认为自金属、氧化铝、硬质合金以来的第四种基本材料。

碳化硅陶瓷主要由碳化硅制成，目前，已经报道了很多种制备碳化硅的方法，其中，碳热还原法相比于其它方法而言，原料成本低廉，反应要求简单，工业化开发时优势更为突出，但不可避免的是，传统碳热还原法制备所得的碳化硅粒径相对较大，且粒径分布不均匀。

针对上述中的相关技术，发明人认为由上述碳化硅粒径较大，使得在使用上述碳化硅制备碳化硅陶瓷时，存在碳化硅陶瓷力学性能较差的缺陷。

发明内容

为了提高碳化硅陶瓷的力学性能，本申请提供一种增韧碳化硅陶瓷及其制备方法。

第一方面，本申请提供一种增韧碳化硅陶瓷，采用如下的技术方案：

一种增韧碳化硅陶瓷，由包含以下重量份的原料制成：SiC粉60-80份、Si粉3-6份、碳纳米管3-6份、改性酚醛树脂6-8份以及增韧粉末6-9份，所述SiC粉的中位粒径介于0.1-5.0μm；所述Si粉的中位粒径介于0.1-5.0μm。

通过采用上述技术方案，由于采用粒径较小的SiC粉、Si粉、碳纳米管以及增韧粉末作为原料进行增韧碳化硅陶瓷制备，间接提高碳化硅陶瓷的断裂韧性，因此，获得了增大增韧碳化硅陶瓷的力学性能的效果。

碳纳米管作为短纤维增韧材料对SiC粉进行增韧，其机理在于，由于碳纳米管力学性能优异，使得在拔出和断裂时，都要消耗更多的能量，有利于阻止陶瓷裂纹的扩展。

此外，碳纳米管对陶瓷晶粒的桥联、钉扎等作用，能达到传递和均摊载荷的目的，使陶瓷裂纹扩展方式由沿晶断裂转化为穿晶断裂，进而显著提高碳化硅陶瓷的断裂韧性。

再加上，碳纳米管还能与增韧碳化硅陶瓷形成独特网络结构，使裂纹沿晶界发生偏转，同样有助于提高碳化硅陶瓷的断裂断裂韧性。

另外，在烧结过程中，碳纳米管与Si粉发生反应，进而生成β相的SiC，β相的SiC与SiC粉相互连接，促使β相的SiC附着于SiC粉的表面，进而提高碳化硅陶瓷的断裂韧性。

另外，在烧结过程中，β相的SiC产生晶须，间接提高碳化硅陶瓷的强度，提高碳化硅陶瓷的断裂韧性，进而降低增韧碳化硅陶瓷的脆性。

在加上，由于采用改性酚醛树脂作为粘结剂进行增韧碳化硅陶瓷制备，进而促使改性酚醛树脂与其他原料进行均匀分散，间接提高碳化硅陶瓷的断裂韧性。

优选的，所述增韧粉末为ZrO₂粉、TiC粉以及CeO₂粉中的一种或者几种的组合物。

通过采用上述技术方案，由于采用ZrO₂粉作为第二相颗粒添加剂，使得增韧碳化硅陶瓷在降温过程或者使用过程中，ZrO₂粉在外力诱导下将发生由四方相向单斜相的转变。