[发明专利]一种SiC/SiC复合材料闪烧快速致密化的方法

说明书

本发明提供了一种SiC/SiC复合材料闪烧快速致密化的方法，首先，将亚微米碳化硅粉体和包覆热解碳涂层的短切碳化硅纤维按照一定比例混合，经过球磨、干燥、造粒、研磨、过筛得到混合均匀的闪烧配方，制备出SiC/SiC复合粉体；其次将复合粉体置于模具中压制成型，制备出碳化硅生坯，最后将生坯用石墨毡包裹住与电路串联后置于闪烧设备中，制备出致密的SiC/SiC复合材料。本发明制备的复合粉体特点在于闪烧配方可在SiC粉体表面均匀形成赛隆晶界，通过石墨毡包覆生坯闪烧技术在不施加任何外力的情况下快速实现致密化，在陶瓷部件快速修复、批量生产、绿色节能等领域具有广泛应用前景。

技术领域

本发明一种复合材料致密化领域，尤其是涉及一种SiC/SiC复合材料的快速致密化的方法。

技术背景

快速致密化技术在陶瓷领域有着极大发展前景，与传统烧结方式相比，快速烧结能够显著缩短在高温下较长的致密化周期，为工程陶瓷产业节约了重要的生产成本。放电等离子烧结拥有较快烧结速率，烧结后的材料有较好的机械性能和电学性能，较高的致密度以及较小的平均粒径。但是，这是一种外部压力辅助技术，外部压力对于不能施加压力的材料易造成损伤，其用途一般仅限于制造几何简单的零件。闪烧作为一种无压快速致密化技术已经应用于许多具有离子或电子导电性的氧化物陶瓷材料，如氧化铝、氧化锆、钛酸锶等。但是关于闪烧半导体非氧化物陶瓷如碳化硅(SiC)及短切碳化硅纤维增强碳化硅复合材料(SiC/SiC)的研究还很少。无添加剂SiC的烧结是非常困难的，SiC中的游离硅会阻碍烧结并且在不施加任何压力的情况下很难完全致密。设计开发新型无压快速致密化SiC/SiC复合材料关键技术成为当前研究陶瓷基复合材料快速致密化的一个重要方向。

申请号为CN201710308597.X的中国专利公开了一种应用闪烧技术烧结锆铝复相共晶陶瓷的制备方法。目的在于提供一种应用闪烧技术烧结锆铝复相共晶陶瓷的制备方法。本发明将闪烧烧结技术应用于Al₂O₃-YSE共晶陶瓷的制备，制备所得Al₂O₃-YSE共晶陶瓷具有棒状共晶形貌，具有较高的高温稳定性，更强的断裂韧性、抗弯强度；并且共晶形貌较为均匀，相比于其他的共晶陶瓷制备方法，本发明所述制备方法具有设备较为简单、制备过程可控性高、制备时间较短、较为节能等优点。

申请号为CN202011422329.9的中国专利公开了一种利用闪烧技术制备连续纤维增强陶瓷基复合材料的方法。该发明的目的就是提供一种利用闪烧技术制备连续纤维增强陶瓷基复合材料的方法，用于解决现有连续纤维增强陶瓷基复合材料制备温度高、制备时间长、制备工艺繁琐的技术问题。本发明将闪烧技术应用于连续纤维增强陶瓷基复合材料的制备，仅需要几个小时的时间，即可获得陶瓷基复合材料。相对传统制备方法，利用闪烧技术制备陶瓷基复合材料所需设备非常简单，烧结温度较低，制备周期大大缩短，所获得的复合材料更加致密，陶瓷晶粒更细小，材料的力学性能更加优异。

申请号为CN202011422329.9的中国专利公开了一种陶瓷材料超快烧结方法和烧结装置。本发明利用柔性电极设置在陶瓷坯体两端进行烧制，烧制过程中陶瓷坯体在闪烧发生时快速收缩，柔性电极始终贴合包覆陶瓷生坯，电气接触良好，未发现拉弧现象，陶瓷亦无弯曲或断裂现象；与现有技术相比较，本发明解决了闪烧发生时陶瓷生坯内部产生机械应力致使样品断裂的问题，有效提升了闪烧实验的成品率。同时，本发明无需在陶瓷生坯上涂覆导电层形成电极，不仅减少了工序，而且避免了电极下的陶瓷材料不能充分烧结达不到致密化要求的问题，为陶瓷闪烧技术提供新的技术方案。本发明仍然保留了闪烧技术烧结时间短、能耗低、装置简单等特点。

以上三种发明一定程度上解决了陶瓷基复合材料烧结周期长、成本高的问题。申请号为CN201811259309.7的中国专利公开了一种SiC_f/SiC复合材料预制体的PIP快速致密化方法。PIP后预制体密度达到2.3g/cm³以上，制备周期较传统PIP工艺缩短25％以上。