一種耐化學(xué)腐蝕性好的碳化硅陶瓷的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種耐化學(xué)腐蝕性好的碳化硅陶瓷及其制備方法，屬于陶瓷生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]碳化硅是共價鍵很強(qiáng)的化合物，共價鍵成分約占88%，硬度僅次于金剛石、立方氮化硼和碳化硼等少數(shù)幾種物質(zhì)，并具有力學(xué)性能優(yōu)良、抗氧化性強(qiáng)、耐磨損性好、熱穩(wěn)定性佳以及抗熱震和耐化學(xué)腐蝕等特性，被日益廣泛應(yīng)用于電子、機(jī)械、冶金、生物醫(yī)學(xué)及石油化工等領(lǐng)域中。然而，由于碳化硅的高硬度和高脆性，其機(jī)械加工性能很差，使用金剛石砂輪的磨削加工仍然是目前最常用的加工方法，加工時需要剛硬度的磨床和昂貴的金剛石砂輪，加工成本高，生產(chǎn)效率低，而且只能加工形狀簡單的零件，對于復(fù)雜的型腔或型面則難以加工，并且加工后的碳化硅表面和亞表面會產(chǎn)生多種類型的損傷從而影響工件的最終使用性能。石墨烯是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料，耐腐蝕性能優(yōu)異，還擁有獨(dú)特的物理、化學(xué)和結(jié)構(gòu)特性，本發(fā)明在碳化硅陶瓷中添加石墨烯制造的陶瓷體更耐熱、更結(jié)實(shí)且耐壓強(qiáng)度大大提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種耐化學(xué)腐蝕性好的碳化硅陶瓷。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明通過以下方案實(shí)施:
一種耐化學(xué)腐蝕性好的碳化硅陶瓷，由下列重量份的原料制成:碳化硅70-80、蛭石粉4-5、糊精2-4、石墨烯6-8、短切碳纖維預(yù)分散體12-15、聚乙二醇2_3、甘油2_3、剛玉砂4-5、燒結(jié)助劑3-5、去離子水90-100 ；
所述燒結(jié)助劑是由10-15重量份的氧化鋁、8-12重量份的硼化鋯、15-20重量份的碳粉混合研磨成200-300目粉末，加入0.4-0.8重量份的亞甲基雙丙烯酰胺和10-15重量份的乙醇溶液混合攪拌均勻，加熱蒸去溶劑在10-15MPa下壓制成胚料，然后于600-800° C下干燥粉碎成150-200目粉末即可。
[0005]本發(fā)明所述短切碳纖維預(yù)分散體的制備方法為:將碳纖維短切為長度在l_3mm，在500-600° C下低溫氧化1-2小時，再將其浸入體積比為3:7的稀硝酸和丙酮的混合溶液中，浸泡1-2天后用去離子水反復(fù)沖洗表面直至溶液呈中性，烘干后采用溶膠-凝膠法在碳纖維表面形成氧化鋯涂層，再將該碳纖維完全浸入水中，超聲波分散10-20分鐘，再加入碳纖維0.3-0.5倍重量份的0P-10乳化劑，繼續(xù)超聲分散1-2小時即可。
[0006]本發(fā)明所述一種耐化學(xué)腐蝕性好的碳化硅陶瓷，由以下具體步驟制成:
Cl)將碳化硅、蛭石粉、石墨烯、剛玉砂、聚乙二醇和去離子水混合加到球磨罐中，以高純度氧化鋁磨球球磨2-3小時，再加入除短切碳纖維預(yù)分散體之外其余剩余的成分以300-400轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速進(jìn)行濕法混合，混合1-2小時；
(2)將短切碳纖維預(yù)分散體加到步驟(I)中，轉(zhuǎn)速降低至100-200轉(zhuǎn)/分，繼續(xù)球磨1-2小時，將混合均勻的漿料在室溫下抽氣緩慢加到金屬模具中，然后置于保溫箱中于80° C下保溫30-50分鐘后脫模，在室溫下自然干燥至重量不再減少；
(3)將步驟(2)得到的碳化硅陶瓷素坯置入反應(yīng)燒結(jié)爐中，將燒結(jié)爐抽真空，以20-25° C/min升溫至1600-1700° C，恒溫保持3_5小時，試樣隨爐冷卻即可得到。
[0007]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:本發(fā)明添加的短切碳纖維提高碳化硅的力學(xué)性能，提高陶瓷的斷裂韌性，提高素坯的強(qiáng)度和致密度，滿足機(jī)械加工要求，添加的石墨烯制造的陶瓷更耐熱、更結(jié)實(shí)且耐壓強(qiáng)度大大提高。
[0008]具體實(shí)施方案
下面通過具體實(shí)例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0009]一種耐化學(xué)腐蝕性好的碳化硅陶瓷，由下列重量份(公斤)的原料制成:碳化硅80、蛭石粉5、糊精4、石墨烯7、短切碳纖維預(yù)分散體14、聚乙二醇2、甘油3、剛玉砂5、燒結(jié)助劑4、去離子水100 ；
所述燒結(jié)助劑是由15重量份的氧化鋁、8重量份的硼化鋯、18重量份的碳粉混合研磨成300目粉末，加入0.6重量份的亞甲基雙丙烯酰胺和15重量份的乙醇溶液混合攪拌均勻，加熱蒸去溶劑在12MPa下壓制成胚料，然后于700° C下干燥粉碎成200目粉末即可。
[0010]本發(fā)明所述短切碳纖維預(yù)分散體的制備方法為:將碳纖維短切為長度在3mm，在600° C下低溫氧化2小時，再將其浸入體積比為3:7的稀硝酸和丙酮的混合溶液中，浸泡I天后用去離子水反復(fù)沖洗表面直至溶液呈中性，烘干后采用溶膠-凝膠法在碳纖維表面形成氧化鋯涂層，再將該碳纖維完全浸入水中，超聲波分散20分鐘，再加入碳纖維0.5倍重量份的0P-10乳化劑，繼續(xù)超聲分散2小時即可。
[0011]本發(fā)明所述一種耐化學(xué)腐蝕性好的碳化硅陶瓷，由以下具體步驟制成:
(1)將碳化硅、蛭石粉、石墨烯、剛玉砂、聚乙二醇和去離子水混合加到球磨罐中，以高純度氧化鋁磨球球磨2小時，再加入除短切碳纖維預(yù)分散體之外其余剩余的成分以400轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速進(jìn)行濕法混合，混合2小時；
(2)將短切碳纖維預(yù)分散體加到步驟(I)中，轉(zhuǎn)速降低至200轉(zhuǎn)/分，繼續(xù)球磨2小時，將混合均勻的漿料在室溫下抽氣緩慢加到金屬模具中，然后置于保溫箱中于80° C下保溫50分鐘后脫模，在室溫下自然干燥至重量不再減少；
(3)將步驟(2)得到的碳化硅陶瓷素坯置入反應(yīng)燒結(jié)爐中，將燒結(jié)爐抽真空，以20°C/min升溫至1700° C，恒溫保持4小時，試樣隨爐冷卻即可得到。
[0012]本實(shí)施例中陶瓷的性能指標(biāo)結(jié)果如下:
硬度(GPa):30.4 ；
彈性模量(GPa):390 ；
抗折強(qiáng)度(MPa):200 ；
斷裂韌性(Mpa/m1/2):4.65 ；
熱膨脹系數(shù)(10_5/K):1.7 ；
熱傳導(dǎo)率(W/mK):110。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種耐化學(xué)腐蝕性好的碳化硅陶瓷，其特征在于，由下列重量份的原料制成:碳化硅70-80、蛭石粉4-5、糊精2-4、石墨烯6_8、短切碳纖維預(yù)分散體12-15、聚乙二醇2_3、甘油2-3、剛玉砂4-5、燒結(jié)助劑3-5、去離子水90-100 ； 所述的燒結(jié)助劑是由10-15重量份的氧化鋁、8-12重量份的硼化鋯、15-20重量份的碳粉混合研磨成200-300目粉末，加入0.4-0.8重量份的亞甲基雙丙烯酰胺和10-15重量份的乙醇溶液混合攪拌均勻，加熱蒸去溶劑在10-15MPa下壓制成胚料，然后于600-800° C下干燥粉碎成150-200目粉末即可。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種耐化學(xué)腐蝕性好的碳化硅陶瓷，其特征在于，所述短切碳纖維預(yù)分散體的制備方法為:將碳纖維短切為長度在l_3mm，在500-600° C下低溫氧化1-2小時，再將其浸入體積比為3:7的稀硝酸和丙酮的混合溶液中，浸泡1-2天后用去離子水反復(fù)沖洗表面直至溶液呈中性，烘干后采用溶膠-凝膠法在碳纖維表面形成氧化鋯涂層，再將該碳纖維完全浸入水中，超聲波分散10-20分鐘，再加入碳纖維0.3-0.5倍重量份的OP-1O乳化劑，繼續(xù)超聲分散1-2小時即可。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種耐化學(xué)腐蝕性好的碳化硅陶瓷，其特征在于，由以下具體步驟制成: Cl)將碳化硅、蛭石粉、石墨烯、剛玉砂、聚乙二醇和去離子水混合加到球磨罐中，以高純度氧化鋁磨球球磨2-3小時，再加入除短切碳纖維預(yù)分散體之外其余剩余的成分以300-400轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速進(jìn)行濕法混合，混合1-2小時； (2)將短切碳纖維預(yù)分散體加到步驟(I)中，轉(zhuǎn)速降低至100-200轉(zhuǎn)/分，繼續(xù)球磨1-2小時，將混合均勻的漿料在室溫下抽氣緩慢加到金屬模具中，然后置于保溫箱中于80° C下保溫30-50分鐘后脫模，在室溫下自然干燥至重量不再減少； (3)將步驟(2)得到的碳化硅陶瓷素坯置入反應(yīng)燒結(jié)爐中，將燒結(jié)爐抽真空，以20-25° C/min升溫至1600-1700° C，恒溫保持3_5小時，試樣隨爐冷卻即可得到。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種耐化學(xué)腐蝕性好的碳化硅陶瓷，其特征在于，由下列重量份的原料制成：碳化硅70-80、蛭石粉4-5、糊精2-4、石墨烯6-8、短切碳纖維預(yù)分散體12-15、聚乙二醇2-3、甘油2-3、剛玉砂4-5、燒結(jié)助劑3-5、去離子水90-100；本發(fā)明添加的短切碳纖維提高碳化硅的力學(xué)性能，提高陶瓷的斷裂韌性，提高素坯的強(qiáng)度和致密度，滿足機(jī)械加工要求，添加的石墨烯制造的陶瓷更耐熱、更結(jié)實(shí)且耐壓強(qiáng)度大大提高。
【IPC分類】C04B35-622, C04B35-565, C04B35-80
【公開號】CN104876583
【申請?zhí)枴緾N201510184800
【發(fā)明人】張波
【申請人】鳳陽徽亨商貿(mào)有限公司
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年4月20日