碳化硅陶瓷复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种碳化硅陶瓷复合材料的制备方法，包括以下步骤：获取网络互穿碳化硅骨架，对其进行预氧化处理；于预氧化处理后的所述网络互穿碳化硅骨架的孔隙中填充合金粉；将所述混合物置于氮气氛围下烧结，得网络互穿碳化硅陶瓷/铝基复合材料。上述碳化硅陶瓷复合材料的制备方法，对设备的要求低，制备周期短，成本小。

Silicon carbide ceramic composite and its preparation method

The invention relates to a preparation method of a silicon carbide ceramic composite material, including the following steps: obtaining a network interpenetrating SiC skeleton to preoxidize it, filling the alloy powder in the pores of the interpenetrating silicon carbide skeleton after the preoxidation treatment, and sintering the mixture under the nitrogen atmosphere to obtain the network. Interpenetrating silicon carbide ceramic / aluminum matrix composites. The preparation method of the silicon carbide ceramic composite material has low requirements for equipment, short preparation cycle and low cost.

【技术实现步骤摘要】
碳化硅陶瓷复合材料及其制备方法
本专利技术涉及陶瓷材料，特别是涉及碳化硅陶瓷复合材料及其制备方法。
技术介绍
近年来，陶瓷复合材料发展迅速，其中，网络互穿结构陶瓷/金属复合材料具有非常好的应用前景。目前，网络互穿碳化硅陶瓷/铝基复合材料的制备方法主要有无压浸渗、真空-负压浸渗和挤压浸渗。无压浸渗中，浸渗压力小，需要通过增加硅含量来改善金属流动性，导致制备周期长，网络互穿碳化硅陶瓷和金属铝界面反应严重，复合材料性能较差；真空-压力浸渗是在真空环境下通过压力将高硅含量的熔融金属铝压入网络互穿碳化硅陶瓷内得到网络互穿碳化硅陶瓷/铝基复合材料，由于需要提供真空-压力环境，所以对浸渗设备要求较高，工艺复杂，模具尺寸有限，另外铝合金内硅含量较高，制备得到的复合材料尺寸有限，复合材料性能较差，生产成本较高；挤压浸渗也是在真空环境和特殊模具内，将熔融金属铝压入网络互穿碳化硅陶瓷内，对浸渗设备要求较高，模具尺寸有限，工艺复杂，生产的周期较长，成本较高，且铝合金内硅含量较高，制备得到的复合材料尺寸有限，复合材料性能较差。
技术实现思路
基于此，有必要针对上述问题，提供一种碳化硅复合陶瓷材料及其制备方法。本专利技术的一个目的是提供一种碳化硅陶瓷复合材料的制备方法。具体技术方案如下：一种碳化硅陶瓷复合材料的制备方法，包括以下步骤：获取网络互穿碳化硅骨架，对其进行预氧化处理；于预氧化处理后的所述网络互穿碳化硅骨架的孔隙中填充合金粉，得混合物；将所述混合物置于氮气氛围下烧结，得碳化硅陶瓷复合材料。在其中一个实施例中，所述合金粉中，包括以下重量百分比的组分：铝75％-90％、镁5％-15％、硅2％-10％。在其中一个实施例中，所述合金粉的与所述网络互穿碳化硅骨架的重量比为(70-90)：(10-30)。在其中一个实施例中，所述合金粉的颗粒粒径为200目-300目。在其中一个实施例中，所述烧结的工艺参数为：烧结温度800℃-1200℃。在其中一个实施例中，所述烧结的工艺参数为：保温时间为30min-120min。在其中一个实施例中，所述预氧化的工艺参数为：温度800℃-1000℃。在其中一个实施例中，所述预氧化的工艺参数为：时间为60-180min。在其中一个实施例中，所述网络互穿碳化硅骨架的孔径为10PPI-40PPI。本专利技术的另一个目的是提供一种由上述制备方法制得的碳化硅陶瓷复合材料。与现有方案相比，本专利技术具有以下有益效果：上述碳化硅陶瓷复合材料的制备方法，以网络互穿碳化硅骨架为原料，将粉末状的合金粉填充到骨架孔隙内部，加快反应进程。烧结时，氮气与铝反应生成氮铝化合物，使反应体系中产生负压，利于合金粉快速浸渗到网络互穿碳化硅内部，缩短制备周期。(1)本专利技术的制备方法无需在真空环境下进行，对设备的要求低，成本小。(2)本专利技术在硅含量较低情况下，就能达到改善金属的流动性的目的，进而使碳化硅复合材料的性能得到了较大提高。(3)本专利技术碳化硅复合材料的致密度高于97％，甚至高达98.9％，碳化硅复合材料的导热系数高达170-200W/(m.K)。附图说明图1-3为本专利技术一个实施例的碳化硅复合材料结构示意图。具体实施方式以下结合具体实施例对本专利技术的碳化硅陶瓷复合材料及其制备方法作进一步详细的说明。实施例1本实施例提供一种碳化硅陶瓷复合材料及其制备方法，其制备方法，包括以下步骤：获取孔径为30PPI的网络互穿碳化硅骨架：将网络互穿碳化硅陶瓷骨架加工成尺寸大小为1000mm×600mm×200mm，随后在超声波清洗仪内以酒精为清洗介质进行清洗，清洗时间10min，清洗完成后，将清洗干净的网络互穿碳化硅陶瓷骨架转移至100℃烘箱内，保温20min，烘干后待用。将上述网络互穿碳化硅陶瓷骨架转移到高温预氧化炉内进行高温预氧化处理，氧化温度900℃，氧化时间2h；在直径为2000mm、高度为1500mm的坩埚内，将合金粉填充到上述预氧化处理后的网络互穿碳化硅陶瓷骨架的孔隙中，得混合物。其中，所述合金粉与网络互穿陶瓷骨架的重量比为80：20，所述合金粉由90％的Al、8％的Mg和2％的Si组成，合金粉的颗粒粒径为200目，网络互穿碳化硅陶瓷骨架底部和顶部也留有合金粉，防止合金熔融中体积收缩；将装有上述混合物的坩埚转移至氮气气氛烧结炉内，在850℃下，保温30min，随炉冷却至室温后，加工后即得碳化硅陶瓷复合材料，如图1-3所示。图1-3为本实施例碳化硅陶瓷复合材料的截面图，图1-3中，合金在网络互穿碳化硅陶瓷骨架中分散均匀。实施例2本实施例提供一种碳化硅陶瓷复合材料及其制备方法，其制备方法，包括以下步骤：获取孔径为30PPI的网络互穿碳化硅骨架：将网络互穿碳化硅陶瓷骨架加工成尺寸大小为1000mm×600mm×200mm，随后在超声波清洗仪内以酒精为清洗介质进行清洗，清洗时间10min，清洗完成后，将清洗干净的网络互穿碳化硅陶瓷骨架转移至100℃烘箱内，保温20min，烘干后待用。将上述网络互穿碳化硅陶瓷骨架转移到高温预氧化炉内进行高温预氧化处理，氧化温度900℃，氧化时间2h；在直径为2000mm、高度为1500mm的坩埚内，将合金粉填充到上述预氧化处理后的网络互穿碳化硅陶瓷骨架的孔隙中，得混合物。其中，所述合金粉与网络互穿陶瓷骨架的重量比为85:15，所述合金粉由86％的Al、10％的Mg和6％的Si组成，颗粒粒径为260目，网络互穿碳化硅陶瓷骨架底部和顶部也留有合金粉，防止合金熔融中体积收缩；将装有上述混合物的坩埚转移至氮气气氛烧结炉内，在900℃下，保温60min，随炉冷却至室温后，加工后即得碳化硅陶瓷复合材料。实施例3本实施例提供一种碳化硅陶瓷复合材料及其制备方法，其制备方法，包括以下步骤：获取孔径为30PPI的网络互穿碳化硅骨架：将网络互穿碳化硅陶瓷骨架加工成尺寸大小为1000mm×600mm×200mm，随后在超声波清洗仪内以酒精为清洗介质进行清洗，清洗时间10min，清洗完成后，将清洗干净的网络互穿碳化硅陶瓷骨架转移至100℃烘箱内，保温20min，烘干后待用。将上述网络互穿碳化硅陶瓷骨架转移到高温预氧化炉内进行高温预氧化处理，氧化温度900℃，氧化时间2h；在直径为2000mm、高度为1500mm的坩埚内，将合金粉填充到上述预氧化处理后的网络互穿碳化硅陶瓷骨架的孔隙中，得混合物。其中，所述合金粉与网络互穿陶瓷骨架的重量比为90:10，所述合金粉由75％的Al、15％的Mg和10％的Si组成，颗粒粒径为300目，网络互穿碳化硅陶瓷骨架底部和顶部也留有合金粉，防止合金熔融中体积收缩；将装有上述混合物的坩埚转移至氮气气氛烧结炉内，在1000℃下，保温90min，随炉冷却至室温后，加工后即得碳化硅陶瓷复合材料。对比例1本对比例提供一种碳化硅陶瓷复合材料的制备方法，与实施例1基本相同，区别在于：将混合物置于氩气的保护下烧结，得碳化硅陶瓷复合材料。对比例2本对比例提供一种碳化硅陶瓷复合材料的制备方法，与实施例1基本相同，区别在于：将合金粉替换为合金块。对比例3本对比例提供一种碳化硅陶瓷复合材料的制备方法，与实施例1基本相同，区别在于：所述合金粉中，由以下重量百分比的组分组成：铝65％、镁20％、硅15％。试验例测试实施例1-3与对比例1-3所得碳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳化硅陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：获取网络互穿碳化硅骨架，对其进行预氧化处理；于预氧化处理后的所述网络互穿碳化硅骨架的孔隙中填充合金粉，得混合物；将所述混合物置于氮气氛围下烧结，得碳化硅陶瓷复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：获取网络互穿碳化硅骨架，对其进行预氧化处理；于预氧化处理后的所述网络互穿碳化硅骨架的孔隙中填充合金粉，得混合物；将所述混合物置于氮气氛围下烧结，得碳化硅陶瓷复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述合金粉中，包括以下重量百分比的组分：铝75％-90％、镁5％-15％、硅2％-10％。3.根据权利要求1所述的碳化硅陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，所述合金粉与所述网络互穿碳化硅骨架的重量比为(70-90)：(10-30)。4.根据权利要求1-3任一项所述的碳化硅陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，所述合金粉的颗粒粒径为200目-300目。5.根据权利要求1-3任一项所述的碳化硅陶瓷复合材料的...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭伟，
申请(专利权)人：广东技术师范学院天河学院，
类型：发明
国别省市：广东,44