[发明专利]一种碳化硅多孔陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳化硅多孔陶瓷及其制备方法。制备方法包括如下步骤：将粉石英矿和碳粉混合球磨；将混合料压制成型后放置进1850～2000℃连续作业恒温碳管炉中加热生成碳化硅晶须；将所述碳化硅晶须与短切碳纤维、单质硅和粘结剂，以无水乙醇为球磨介质，进行湿混球磨；烘干得粉料；将粉料过筛后进行加热挤压成型材，然后放入高温真空热等静压机中，逐步升温至1900℃并进行氮气保护的同时充入气态硅，保温3小时，得到碳化硅纤维多孔陶瓷体。本发明短切碳纤维、单质硅原位进行反应烧结，和碳化硅晶须在升温过程中的晶须生长，相互弥合生长，使生胚烧结成致密化、且体积不变的碳化硅多孔陶瓷。

技术领域

本发明涉及陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种碳化硅多孔陶瓷及其制备方法。

背景技术

关于多孔碳化硅陶瓷【注：这里的多孔是烧结过程中自然形成的，和蜂窝碳化硅陶瓷有区别，蜂窝碳化硅陶瓷属于蜂窝体】，目前比较通用的方案是采用不同粒径的碳化硅微粉，然后以较大粒径的碳化硅微粉形成骨架和孔隙、以小粒径碳化硅微粉为填充，通过严格控制大小粒径及数量，以及烧结温度（温度不能高也不能低，低则反应不充分，达不到好的连接效果，强度差；高则晶粒变大，使孔径变小或堵塞），来保障生成的碳化硅板保持孔径，生产工艺要求严格，产成率低。

而对于致密的碳化硅陶瓷，为了达到高致密度（致密度越高，强度越高），目前比较通用的方案是采用更小粒度的碳化硅微粉，因为粒度越小，间隙越小，才便于生成更致密的碳化硅，而微粉加工的粒度越小，成本越高，而且在加工中会存在逃逸难以收集，在混料中又会产生团聚，因此需要加入更多的粘结剂、分散剂、烧结助剂等，这些成分越多，又会影响后期生成的碳化硅陶瓷体的性能。而且采用碳化硅微粉加工致密碳化硅陶瓷体时，体积会缩小变形，在生产复杂结构件和大型结构件时，由于变形和缩小的控制难度，会导致工艺要求高、产品产成率低。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种致密化强度高的碳化硅多孔陶瓷及其制备方法。

本发明的一种碳化硅多孔陶瓷的制备方法，包括如下步骤：

S1：将粉石英矿和碳粉按一定质量比混合球磨；

S2：将混合料压制成型后放置在石墨推舟中；

S3：将石墨推舟放置进1850～2000℃连续作业恒温碳管炉中加热3.5～5小时后生成碳化硅晶须；

S4：将所述碳化硅晶须与短切碳纤维和单质硅，以无水乙醇为球磨介质，进行湿混球磨；

S5：将球磨后的浆料完全烘干得粉料；

S6：将粉料过筛后备用；

S7：将过筛后的粉料进行加热挤压成型材，压制成产品生胚；

S8：将产品生胚放入高温真空热等静压机中，逐步升温至1900℃并进行氮气保护的同时充入气态硅，保温3小时，得到碳化硅纤维多孔陶瓷体。

进一步的，步骤S1中，粉石英矿和碳粉的质量比为3：2。

进一步的，步骤S4中，还包括粘结剂，碳化硅晶须: 短切碳纤维: 单质硅: 粘结剂的质量比为17:1～2:1～2:0～1。

进一步的，步骤S4中，粘结剂包括无水乙醇和树脂。

进一步的，所述树脂包括酚醛树脂、环氧树脂和聚氨酯树脂中的至少一种。

进一步的，步骤S4中，球磨采用的磨球和球磨罐均采用SiC材质，球料比为3:2，无水乙醇刚淹没粉末和球，总量不超过球磨罐的2/3体积，采用行星式球磨机，转速200rpm，球磨时间4小时。

进一步的，步骤S5中，浆料放置在鼓风干燥箱中，加热并保持在60℃直至完全烘干。

进一步的，步骤S6中，将粉体进行100目过筛。