一种碳纤维增韧的氮化硅陶瓷复合材料及其制备工艺制造技术

本发明专利技术属于功能陶瓷材料制造技术领域，涉及一种碳纤维增韧的氮化硅陶瓷复合材料及其制备工艺。该材料以氮化硅为基体材料，除基体材料外，复合材料的成分还包括碳纤维、镍、硅化镍、碳化硅。本发明专利技术的复合陶瓷材料采用热压烧结的方法制备，部分成分是在热压烧结过程中形成，其中，镍为辅助粘结相，硅化镍和碳化硅为颗粒弥散相。该陶瓷复合材料具有优异的抗崩裂强韧性，具有广阔的应用前景。

A silicon nitride ceramic composite toughened by carbon fiber and its preparation process

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维增韧的氮化硅陶瓷复合材料及其制备工艺
本专利技术涉及一种碳纤维增韧的氮化硅陶瓷复合材料及其制备工艺，属于功能陶瓷材料制造

技术介绍
陶瓷具有较高的熔点、弹性模量、硬度以及优良的化学稳定性。可是，因为其自身的脆性，严重地阻碍了它在实际中的使用。因此，改良陶瓷材料的脆性、提高其韧性就成为了陶瓷材料扩大其应用范围所必需克服的问题。氧化铝基陶瓷因其来源丰富，制造成本低廉，适合进行大规模的生产并且具有优越的力学性能、耐高温性能和化学稳定性，是目前应用最为广泛的陶瓷原料之一。氮化硅基陶瓷材料因其较高的强度、硬度，较低的密度，以及良好的抗氧化性、化学稳定性、抗热振性等性能广泛地应用于切削加工、工程机械、矿山冶金、军工等多个领域，具有极高的应用价值价值。与氧化铝基陶瓷材料相比，氮化硅基陶瓷材料具有更高的导热系数、抗弯强度、断裂韧度以及较低的弹性模量、热膨胀系数等优点。随着工业技术的快速发展，陶瓷材料应用场合对其自身的性能要求也不断提高，传统陶瓷材料已无法满足某些特殊的工况需求。因此，开发新型功能结构陶瓷，进一步提高陶瓷材料的强韧性，对扩大陶瓷材料新的应用领域具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种碳纤维增韧的氮化硅陶瓷复合材料及其制备工艺，进一步提高陶瓷材料的强韧性，扩大陶瓷材料的应用场合。本专利技术的一种碳纤维增韧的氮化硅陶瓷复合材料，以Si3N4为基体材料，除基体材料外，复合材料的成分还包括碳纤维(Cf)、Ni、Ni3Si、SiC，其中，Ni为辅助粘结相，Ni3Si和SiC为颗粒弥散相。本专利技术的一种碳纤维增韧的氮化硅陶瓷复合材料的制备工艺如下：将Si3N4、Ni、Si的粉体以及Cf短须按照比例混合配料，其中，保证Si粉的质量分数不超过5wt.％；采用热压烧结的方法制备复合陶瓷材料，热压烧结过程控制烧结温度1400～1600℃，加载压力15～25MPa，控制烧结工艺，使Si与Ni和Cf充分反应消耗。本专利技术提出了一种碳纤维增韧的氮化硅陶瓷复合材料及其制备工艺。相比普通氮化硅陶瓷材料，本专利技术具有纤维增韧和颗粒弥散增强的协同作用，材料具有优异的韧性和强度。在烧结制备工艺方面，通过工艺调控，保证Si粉与碳纤维表面的C元素发生化学反应，生成SiC，改善碳纤维与基体材料的结合状况，提高复合材料综合力学性能。本专利技术的陶瓷复合材料具有优异的抗崩裂强韧性，可广泛应用于切削加工、装备热端构件等领域。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本专利技术的保护范围。一种碳纤维增韧的氮化硅陶瓷复合材料，以Si3N4为基体材料，除基体材料外，复合材料的成分还包括碳纤维(Cf)、Ni、Ni3Si、SiC，其中，Ni为辅助粘结相，Ni3Si和SiC为颗粒弥散相。本专利技术的一种碳纤维增韧的氮化硅陶瓷复合材料的制备工艺如下：将Si3N4、Ni、Si的粉体以及Cf短须按照质量分数70wt.％、6wt.％、4wt.％、20wt.％的比例混合配料，采用热压烧结的方式，热压烧结过程控制烧结温度1500℃，加载压力17MPa，加压烧结35min，随炉冷却至常温，制备出该复合材料。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳纤维增韧的氮化硅陶瓷复合材料，其特征在于：以Si

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维增韧的氮化硅陶瓷复合材料，其特征在于：以Si3N4为基体材料，除基体材料外，复合材料的成分还包括碳纤维(Cf)、Ni、Ni3Si、SiC，其中，Ni为辅助粘结相，Ni3Si和SiC为颗粒弥散相。


2.根据权利要求1所述的一种碳纤维增韧的氮化硅陶瓷复合材料，其特征是通过如下方法制备：将Si3N4、Ni、Si的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴泽，邢佑强，刘磊，鲍航，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32