[发明专利]一种碳化硅基材的连接材料、制备方法和应用

说明书

本发明涉及陶瓷材料技术领域，具体涉及一种碳化硅基材的连接材料、制备方法和应用，一种碳化硅基材的连接材料，按质量百分含量计，原料包括：40%‑50%的碳化硅、10%‑20%的聚碳硅烷、20%‑30%的氧化铝和10%‑20%的碳化硼。本发明以碳化硅为填料，聚碳硅烷为粘结剂，氧化铝和碳化硼为反应助剂；通过加热实现聚碳硅烷转化为碳化硅晶体，碳化硅晶粒与碳化硅母材在温度和反应助剂的共同作用下进行反应，连接材料与母材形成一个整体。本发明提供的连接材料与母材热膨胀系数相近且高温性能稳定。

技术领域

本发明涉及陶瓷材料技术领域，具体涉及一种碳化硅基材的连接材料、制备方法和应用。

背景技术

碳化硅作为一种重要的结构陶瓷材料，凭借其优异的高温力学强度、高硬度、高弹性模量、高耐磨性、高导热、耐腐蚀性等性能，不仅应用于高温窑具、燃烧喷嘴、热交换器、密封环、滑动轴承等传统工业领域，还可作为空间反射镜、半导体晶圆制备中夹具材料及核燃料包壳材料。但由于碳化硅是以共价键结合为主的化合物，其固有的脆性使制备体积大而形状复杂的零件非常困难，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。近年来，许多国家研究和开发了多种陶瓷连接技术，主要包括：活性金属钎焊法、热压扩散连接、过渡液相连接法、热压反应连接法等，但上述方法中连接材料大部分以金属材料为主，由于金属与陶瓷的热膨胀系数相差较大，在界面处易产生较大的残余热应力，使连接强度降低；同时又由于金属的熔点相对较低，限制了连接件在高温环境中的使用。因此，目前急需研究和开发与母材热膨胀系数相近且高温性能稳定的新型陶瓷连接材料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：研究和开发与母材热膨胀系数相近且高温性能稳定的新型陶瓷连接材料，本发明提供了解决上述问题的一种碳化硅基材的连接材料、制备方法和应用。

本发明通过下述技术方案实现：

一种碳化硅基材的连接材料，按质量百分含量计，原料包括：40%-50%的碳化硅、10%-20%的聚碳硅烷、20%-30%的氧化铝和10%-20%的碳化硼。

本发明通过以碳化硅粉料作为连接材料的主要填料，以聚碳硅烷为粘结剂，氧化铝和碳化硼为反应助剂，从根本上解决了热膨胀系数与碳化硅母材不一致的问题。其中，聚碳硅烷设定温度范围内开始转化为碳化硅晶体。而碳化硅晶粒与碳化硅母材在高温和反应助剂的共同作用下进行一些高温化学反应和扩散反应，最终，连接材料与母材形成一个整体。碳化硼（B₄C）烧结助剂的添加能够降低SiC晶界能与表面能的比值，增强扩散的驱动力，而氧化铝（Al₂O₃）烧结助剂可以以固溶的方式活化晶格，促进致密化进行。碳化硅粉料的平均粒径优选为1μm~3μm。

进一步可选地，按质量百分含量计，原料包括：

45%-49%的碳化硅、15%-20%的聚碳硅烷、20%-25%的氧化铝和15%-20%的碳化硼。

进一步可选地，所述聚碳硅烷的数均分子量为1100~2000。本申请可采用现有的商业用聚碳硅烷。

进一步可选地，连接材料为固液混合物；还包括用于溶解聚碳硅烷的溶剂；优选溶剂包括二甲苯。优选本发明提供的连接材料整体固含量范围在65%~80%。

一种碳化硅基材的连接材料的制备方法，先将聚碳硅烷用有机溶剂溶解；溶解液与其他原料进行混合搅拌，获得碳化硅基材的连接材料；用于制备上述的一种碳化硅基材的连接材料。

进一步可选地，搅拌处理的转速为500rpm～800rpm，搅拌时间为1h~3h。

一种碳化硅基材的连接材料的应用，用于碳化硅陶瓷连接；碳化硅基材的连接材料采用上述的一种碳化硅基材的连接材料，或是采用上述的一种碳化硅基材的连接材料的制备方法制备获得。