一种嵌入物包括炭纤维的多成份碳化硅陶瓷制造技术

本发明专利技术涉及陶瓷，是关于碳化硅陶瓷，特别是一种嵌入物包括炭纤维的多成份碳化硅陶瓷。本发明专利技术的特点，是利用多种形貌的氧化铝颗粒替换掉一部分的相对难于混料的炭纤维，本发明专利技术的方案是结合利用所述多种形貌的氧化铝颗粒与炭纤维一起对碳化硅陶瓷进行组合增韧，所述氧化铝嵌入颗粒原料相对廉价，并且，所述氧化铝嵌入颗粒原料易于与其它物料均匀混合。

An embedded composite silicon carbide ceramic comprising carbon fibers

The invention relates to ceramics, relating to silicon carbide ceramics, in particular to an embedded material comprising a carbon fiber, a multi-component silicon carbide ceramic. The characteristic of this invention is to use a variety of alumina particles, morphology and replace is difficult to be mixed with carbon fiber part, the scheme of the invention is combined with alumina particles with various morphologies of the carbon fiber toughening of silicon carbide ceramics are combined together, the alumina particles of raw materials is relatively cheap, and the alumina embedded particles evenly mixed with other materials to raw materials.

【技术实现步骤摘要】
一种嵌入物包括炭纤维的多成份碳化硅陶瓷本专利技术涉及一种陶瓷，是关于碳化硅陶瓷，特别是一种嵌入物包括炭纤维 的多成份碳化硅陶瓷。目前报道的增韧碳化硅陶瓷，多是含有碳化硅晶须或炭纤维的增韧碳化硅 陶瓷。有关含有碳化硅晶须的增韧碳化硅陶瓷的报道参见田杰谟等专利技术(设计)，清华大学申请，申请号为CN91101684.8的专利申请案"晶须增韧强化碳 陶瓷复合材料"；以及，阿历山大，J ，派齐克专利技术(设计)，唐化学原料公司 申请，申请号为CN90110427.2的专利申请案"碳化硅晶须增强陶瓷复合材料 及其制造方法"；以及，成来飞、张立同、徐永东、刘永胜、李镇、王晓明等发 明(设计)，中国西北工业大学申请，申请号为CN200410026337.6的专利申请 案"一种晶须和颗粒增韧陶瓷基复合材料制备方法"。有关含有炭纤维的增韧 碳化硅陶瓷的报道参见耿浩然等专利技术(设计)，济南大学申请，申请号为 CN03138926.0的专利申请案"一种制备碳纤维增强碳化硅复合材料的装置及 工艺"。碳化硅陶瓷材料具有高温强度大、高温抗氧化性强、耐磨损性能好、热稳 定性佳、热膨胀系数小、热导率大、硬度高、抗热震和耐化学腐蚀等优良特性, 在汽车、机械化工、环境保护、空间技术、信息电子、能源等领域有着日益广 泛的应用，已经成为一种在很多工业领域性能优异的其他材料不可替代的结构陶瓷。机械设备中的动密封是通过两个密封端面材料的旋转滑动而进行的，作为 密封端面材料，要求硬度高，具有耐磨损性。碳化硅陶瓷的硬度相当高且摩擦 系数小，故碳化硅陶瓷作为机械密封端面材料可获得其它材料所无法达到的滑 动特性。另一方面，两个端面密封材料在旋转运动过程中由于摩擦会产生-定 的热量，从而使密封端面的局部温度升高，因此端面材料还必须能够耐受一定 的温度。为了避免端面密封材料在旋转滑动过程中产生热应变和热裂，要求端 面材料的导热系数高、抗热震性好。目前，碳化硅陶瓷已经在各类机械密封中 获得大量的应用，并为机械设备的省力和节能做出了很大的贡献，显示出其他 材料所无法比拟的优越性。碳化硅陶瓷在机械工业中还被成功地用作各种轴承、 切削刀具。航空航天、原子能工业等需要耐受超高温度的场合如核裂变和核聚变反应堆中需要的可承受2000度左右高温的耐热材料;火箭和航天飞行器表面用于耐 受与大气剧烈摩擦中产生的高达数千K温度的隔热瓦；火箭发动机燃烧室喉衬 和内衬材料，燃气涡轮叶片；高温炉的顶板、支架，以及高温实验用的卡具等 高温构件也普遍采用碳化硅陶瓷构件。碳化硅陶瓷在石油化学工业中还被广泛 地用作各种耐腐蚀用容器和管道。工业应用中期望进一步提高碳化硅陶瓷的性能，首先要面对的问题是增韧 问题。与其它各类陶瓷类似，碳化硅陶瓷有一定的脆性，如何提供高韧性的碳 化硅陶瓷，是该生产领域关注的重要课题。在这里有必要简单提及陶瓷增韧相关的原理。1974年首次发现一些多晶相陶瓷具有阻力曲线行为，即裂纹扩展阻力随着 裂纹增加而增长，这是一个重要的进步，此后，人们开始通过各种显微结构设 计来提高陶瓷的韧性。中国天津大学高温结构陶瓷及工程陶瓷加工技术教育部 重点实验室的周振君等，发表于"硅酸盐通报"2003年第3期p57-61的题为 "高可靠性结构陶瓷的增韧研究进展"，以及，山东大学的郝春成等，发表于"材料导报"2002年2月第16巻第2期p28-30的题为"颗粒增韧陶瓷的研究进展"， 以及，中国科学院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷与超微结构国家重点实验室的 郭景坤，发表于"复旦学报(自然科学版)"2003年12月第42巻第6期p822-827 的题为"关于陶瓷材料的脆性问题"，以及，山东大学机械工程学院先进射流工 程技术研究中心的刘含莲等，发表于"粉末冶金技术"2004年4月第22巻第2 期p98-103的题为"纳米复合陶瓷材料的增韧补强机理研究进展"等论文中， 对陶瓷增韧问题的理论和实践有详尽的介绍。陶瓷的韧化方式主要有相变增韧、纤维(晶须)增韧、颗粒增韧以及复合增 韧。其中，颗粒增韧是陶瓷增韧最简单的一种方法，它具有同时提高强度和韧 性等许多优点。影响第二相颗粒复合材料增韧效果的主要因素为基体与第二相 颗粒的弹性模量E、热膨胀系数a及两相的化学相容性。其中化学相容性是复 合的前提，两相间不能存在过多的化学反应，同时又必须具有合适的界面综合 强度。利用热膨胀系数a的失配，从而在第二相颗粒及周围基体内部产生残余 应力场，是复相陶瓷增韧补强的主要根源。假设第二相颗粒与基体之间不发生 化学反应，如果第二相颗粒与基体之间存在热膨胀系数的失配，即 △ a = a p- a ra#0 (p、 m表示颗粒和基体)，当A a >0时，第二相颗粒处于拉 应力状态，而基体径向处于拉伸状态，切向处于压縮状态，这时裂纹倾向于绕 过颗粒继续扩展；当A(KO时，第二相颗粒处于压应力状态，切向受到拉应 力，这时裂纹倾向于在颗粒处钉扎或穿过颗粒。微裂纹的出现可以吸收能量从 而达到增韧的目的，微裂纹增韧因素之一是裂纹偏转，裂纹偏转是一种裂纹尖 端效应，是指裂纹扩展过程中当裂纹尖端遇到偏转物(颗粒、纤维、晶须、界面 等)时所发生的倾斜和偏转；微裂纹增韧因素之二是裂纹桥联，桥联物(颗粒、 纤维、晶须等)联接靠近桥联物的两个裂纹的两个表面并提供一个使两个裂纹面 相互靠近的应力，即闭合应力，这样导致应力强度因子随裂纹扩展而增加。当 裂纹扩展遇到桥联剂时，桥联物有可能穿晶破坏，也可能出现互锁现象，即裂 纹绕过桥联物沿晶界发展并形成摩擦桥。简当地说，第二相异质相颗粒的引入， 将带来大量的微裂纹，其作用类似于玻璃的钢化，也就是利用大量的显性或隐 性微裂纹来耗散或化解或吸收外来的破坏性张应力。此外，在采用晶须进行增 韧时，还存在拔出效应,拔出效应也是一种有利于增韧的因素。当引入的第二相 异质相颗粒为纳米颗粒时，还有利于抑制陶瓷基材晶体颗粒的长大，烧成陶瓷 中陶瓷基材晶体颗粒的微小化也是一个重要的增韧因素，从断裂韧性值与显微 结构观察结果来看，样品微观呈纳米级细微组织，则宏观表现出最高的断裂韧 性，可以认为，颗粒的细化使得组织结构更加均匀，减小了应力集中及显微裂 纹的尺寸，同时，颗粒的细化也使显微裂纹数量增加，也就是说，微细的晶粒 结构会导致晶界体积分数增加，在该情形下，陶瓷断裂过程中生成的耗散性新 裂纹表面积增大，陶瓷断裂前的过程中需要吸收的外界能量因而大幅度增加， 宏观上表现为陶瓷断裂韧性提高。含有碳化硅晶须或炭纤维的增韧碳化硅陶瓷确实是一类具有较高韧性的碳化硅 陶瓷，但是，由于其中含有的碳化硅晶须原料成本较高，使得整个增韧陶瓷成 品的成本随之上升，此外，这类增韧碳化硅陶瓷还有一个问题，即，在它的制 造过程中，长径比很高的碳化硅晶须以及炭纤维总的说来较难与其它碳化硅陶 瓷生产原料均匀混合，这在一定程度上影响了相应的增韧碳化硅陶瓷成品的品 质均匀性。本专利技术的目的，是提供一种新的有别于单纯以炭纤维进行增韧的方案，本 专利技术的目的是用适当的廉价的增韧物质来置换掉一部分相对难于混料的炭纤 维，只是部分置换，而非完全置换，是同时使用所述廉价的增韧物质以及炭纤维来进行碳化硅陶瓷的增韧，这种部分置换解决方案要尽可能兼顾上文述及的 各种有益的增韧效应，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种嵌入物包括炭纤维的多成份碳化硅陶瓷，其组成如下：（１）碳化硅５０％～９２％（重量）（２）炭纤维２％～１０％（重量）（３）片状氧化铝嵌入颗粒２％～１０％（重量）（４）棒状氧化铝嵌入颗粒２％～１０％（重量）（５）球状氧化铝嵌入颗粒２％～８％（重量）（６）碳化硼或钇铝石榴石０％～１２％（重量）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李榕生，水淼，王霞，宋岳，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：97[中国|宁波]