[发明专利]一种聚硅氮烷连接碳化硅的方法

说明书

本发明属于陶瓷材料领域，公开了一种聚硅氮烷连接碳化硅的方法。该方法是将聚硅氮烷涂抹在清洗过的无压碳化硅基底上，然后将两块涂抹了聚硅氮烷的无压碳化硅基底以涂抹叠放在一起，放在石墨坩埚中，对样品施加0.1N轴向力，空气环境下，以1℃/min升温速率，加热至140℃保温16‑28h，进行交联固化；交联固化后的样品置于管式炉中，氮气气氛下，对样品施加0.1N轴向力，以速率为1℃/min升温速率升温至240℃，保温1h，然后以1℃/min升温速率升温至500℃，保温1h，最后以1℃/min升温速率升温至1300℃，并保温2h进行高温烧结。本实验连接方法操作简单，且样品可获得较高的连接强度。

技术领域

本发明属于陶瓷材料领域，特别涉及一种聚硅氮烷连接碳化硅的方法。

背景技术

在现代高温结构材料中，碳化硅材料由于其较高的弹性模量、适中的密度、较小的热膨胀系数、较高的导热系数、耐热冲击性、高的比刚度、高度的尺寸稳定性及热性能与机械性能的各向同性等一系列优良的物理性质，普遍用于陶瓷球轴承、阀门、半导体料、陀螺、测量仪、航空航天等领域，已经成为一种在很多工业领域不可替代的材料。碳化硅具有优良的物理和化学性能：

力学性能：高硬度(克氏硬度为3000kg/mm2)，可以切割红宝石；高耐磨性，仅次于金刚石。

热学性能：热导率超过金属铜，是Si的3倍，是GaAs的8～10倍，散热性能好，对于大功率器件非常重要，SiC的热稳定性较高，在常压下不可能熔化SiC。

化学性能：耐腐蚀性非常强，室温下几乎可以抵抗任何已知的腐蚀剂，SiC表面易氧化生成SiO₂薄层，能防止其进一步氧化，在高于1700℃时，这层氧化膜熔化并迅速发生氧化反应。SiC能溶解于熔融的氧化剂物质。

电学性能：4H-SiC和6H-SiC带隙约是Si的3倍，是GaAs的2倍；其击穿电场强度高于Si一个数量级，饱和电子漂移速度是Si的2.5倍。4H-SiC的带隙比6H-SiC更宽。

碳化硅复合材料制备多数采用近净成形的制备方法，但为了满足高精度装配和使用的要求，一般都需要对其二次加工，以达到其表面质量和尺寸形状精度等的要求，采用传统机械加工工艺加工时，由于SiC材料不仅具有高硬度的特点，高脆性、低断裂韧性也使得其磨削加工过程中易引起材料的脆性断裂从而在材料表面留下表面破碎层，且产生较为严重的表面与亚表层损伤，影响加工精度，严重影响其加工质量，因此通常需要通过陶瓷之间的连接技术来制取这些零部件。因此目前急需研究和开发新型的陶瓷连接材料解决SiC陶瓷连接方面的问题，在对母材损伤较小的前提下获得较好的连接性能。

发明内容

为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种聚硅氮烷连接碳化硅的方法。该方法具有原材料易得、工艺简单、连接强度较高的特点。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种聚硅氮烷连接碳化硅的方法，包括以下操作步骤：

S1.将聚硅氮烷涂抹在清洗过的无压碳化硅基底上，然后将两块涂抹了聚硅氮烷的无压碳化硅基底以涂抹叠放在一起，得到样品；

S2.将样品放在石墨坩埚中，并施加0.1N轴向力，在空气环境下，以1℃/min升温速率，加热至140℃保温16-28h，进行交联固化；

S3.将经过步骤S2交联固化后的样品置于管式炉中，氮气气氛下，以速率为1℃/min升温速率升温至240℃，保温1h，然后以1℃/min升温速率升温至500℃，保温1h，最后以1℃/min升温速率升温至1300℃，并保温2h进行高温烧结。

步骤S3中所述氮气气氛的流速≥0.12L/min。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：