【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及碳化硅陶瓷材料领域，具体涉及一种高性能碳化硅材料的制备方法及其产品。
技术介绍
1、随着现代工业的快速发展，对高性能材料的需求日益增长，特别是在航空航天、汽车制造、电子器件、化工机械、核能工程以及高级耐火材料等领域。对具有优异高温性能、耐磨性、耐腐蚀性和良好热稳定性的先进陶瓷材料的需求不断上升。碳化硅(sic)陶瓷因其独特的物理和化学性质，成为这些高端领域中不可或缺的关键材料。在航空航天领域，碳化硅的低密度和高强度特性使其成为制造飞机发动机热端部件、火箭喷嘴和航天器热防护系统的理想选择。在电子器件领域，碳化硅的高热导率和良好的电绝缘性使其成为制造高温电子器件和功率器件的理想材料，如led照明、半导体器件和传感器等。化工机械领域中，碳化硅的耐腐蚀性和耐磨性使其在化工设备的密封件、泵和阀门等部件中得到广泛应用。核能工程领域中，碳化硅的耐高温和抗辐射性能使其在核反应堆的燃料包壳和热交换器中具有潜在的应用价值。
2、反应烧结碳化硅的过程中，不可避免地引入游离硅，会损害其高温性能，导致碳化硅热膨胀系数高，抗蠕变性能差，不能在高温条件下保持稳定的形态和机械性能。同时也会降低碳化硅的力学性能，影响其抗弯折强度。
技术实现思路
1、因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中碳化硅材料热膨胀系数大，抗弯折强度差的缺陷。从而提供一种高性能碳化硅材料的制备方法及其产品，通过提高碳化硅含量减少游离硅的负面影响。
2、为了解决上述问题：
3、本专利技
4、(1)将碳化硅粉末、碳源、粘结剂和水混合搅拌得到泥料，将泥料成型得到碳化硅坯体；
5、(2)在惰性气氛下，将碳化硅坯体进行热处理；
6、(3)将热处理后的碳化硅坯体埋入硅粉中，进行烧结，即得所述碳化硅材料；
7、所述热处理的温度为300-500℃；
8、所述热处理的时间为1-2h。
9、优选地，所述碳化硅粉末为α-sic。
10、优选地，步骤(1)中，所述碳源包括石墨烯、碳纳米管和纳米炭黑中的一种或两种；所述粘结剂包括聚乙二醇、聚乙烯醇和羧甲基纤维素中的一种或多种，优选为两种以上。
11、优选地，步骤(2)中，所述惰性气氛包括氮气和/或氩气。
12、优选地，步骤(3)中，所述烧结在真空条件下进行；可选的，所述烧结的真空度<10pa；所述烧结的温度为1550-1750℃；所述烧结的时间为2-3h。
13、优选地，所述碳化硅粉末的粒度为80-350目；所述碳源的粒度≤200nm；所述硅粉的粒度为80-350目；所述硅粉为多晶硅粉末。
14、优选地，步骤(1)中的步骤包括：将碳化硅粉末、碳源和粘结剂混合得到粉料后，再加入水搅拌得到泥料，将泥料成型、干燥得到碳化硅坯体。
15、优选地，所述碳源与碳化硅粉末的质量比为(6-8)：(92-94)；所述粘结剂占粉料质量的5％-6％；所述泥料的质量固含量为80％-90％。
16、优选地，所述干燥的温度为80-100℃，时间为16-24h。干燥的目的在于去除碳化硅坯体中的水分。
17、优选地，步骤(1)中，所述成型为挤出成型、模压成型或注浆成型。
18、优选地，本领域技术人员可根据选择对烧结后的产品进行精加工和包装，所述精加工包括研磨、抛光和切割。
19、本专利技术还提供了由所述高性能碳化硅材料的制备方法得到的碳化硅材料。
20、本专利技术技术方案，具有如下优点：
21、1.本专利技术提供了一种高性能碳化硅材料的制备方法，包含下列步骤：(1)将碳化硅粉末、碳源、粘结剂和水混合搅拌得到泥料，将泥料成型得到碳化硅坯体；(2)在惰性气氛下，将碳化硅坯体进行热处理；(3)将热处理后的碳化硅坯体埋入硅粉中，进行烧结，即得所述碳化硅材料；所述热处理的温度为300-500℃；所述热处理的时间为1-2h。
22、本专利技术将碳化硅坯体在惰性气氛下进行热处理，粘结剂热解产生的原位活性碳源均匀分布在坯体中，有效地提高了活性碳源的比例。并且促进了后续真空烧结中β-sic晶粒生长，从而提高碳化硅材料中碳化硅的含量，提高了碳化硅材料的抗弯折性能，降低了热膨胀系数，避免了碳化硅材料在高温条件时发生蠕变的情况。
23、热处理的温度为300-500℃，低温热处理能够使粘结剂剩余。剩余的粘结剂在后续烧结过程时，与硅蒸气反应，进一步提升碳化硅含量。
24、本专利技术通过原位生成活性碳源与外加碳源的方式，为快速高效生成β-sic结合相，提供了一条新途径，有效地提高了产品中碳化硅的含量，解决了当前反应烧结碳化硅中游离硅含量难以下降的关键问题。
25、本专利技术以外加的碳源作为主要活性碳源，利用其高反应活性，在高温烧结条件下，活性碳源与渗硅快速发生反应，生成高体积密度的β-sic相，并与原有的α-sic颗粒紧密堆叠，最终制得高碳化硅含量、高致密、均匀晶粒分布的碳化硅材料。
26、2.本专利技术进一步限定了粘结剂包括聚乙二醇、聚乙烯醇和羧甲基纤维素中的一种或多种。本专利技术选用高分子量的聚合物作为粘结剂，在惰性气氛下产生的原位活性碳数量更多，且均匀分布在碳化硅坯体中。
27、3.本专利技术还提供了由所述高性能碳化硅材料的制备方法得到的碳化硅材料。由该方法得到的碳化硅材料，碳化硅含量大于93％、体积密度为3.42-3.50g/cm3、抗折强度＞210mpa、热膨胀系数小于4.16×10-6k-1。
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1.一种高性能碳化硅材料的制备方法，其特征在于，包含下列步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高性能碳化硅材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述碳源包括石墨烯、碳纳米管和纳米炭黑中的一种或两种；
3.根据权利要求1或2所述的一种高性能碳化硅材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述惰性气氛包括氮气和/或氩气。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种高性能碳化硅材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述烧结在真空条件下进行；
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种高性能碳化硅材料的制备方法，其特征在于，所述碳化硅粉末的粒度为80-350目；
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种高性能碳化硅材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的步骤包括：
7.根据权利要求6所述的一种高性能碳化硅材料的制备方法，其特征在于，所述碳源与碳化硅粉末的质量比为(6-8)：(92-94)；
8.根据权利要求6所述的一种高性能碳化硅材料的制备方法，其特征在于，所述干燥的温度为80-100℃，时间为16-24h
9.根据权利要求1-8任一项所述的一种高性能碳化硅材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述成型为挤出成型、模压成型或注浆成型。
10.权利要求1-9任一项所述一种高性能碳化硅材料的制备方法得到的碳化硅材料。
...【技术特征摘要】
1.一种高性能碳化硅材料的制备方法，其特征在于，包含下列步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高性能碳化硅材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述碳源包括石墨烯、碳纳米管和纳米炭黑中的一种或两种；
3.根据权利要求1或2所述的一种高性能碳化硅材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述惰性气氛包括氮气和/或氩气。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种高性能碳化硅材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述烧结在真空条件下进行；
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种高性能碳化硅材料的制备方法，其特征在于，所述碳化硅粉末的粒度为80-350目；
【专利技术属性】
技术研发人员：李冉冉，梁健，劳新斌，吴巧合，廖军，王松，
申请(专利权)人：兰德森材料科技盐城有限公司，
类型：发明
国别省市：
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