一种原位碳化硅纤维增强液相烧结碳化硅陶瓷及制造方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107746282A(43)申请公布日2018.03.02(21)申请号201711051009.5(22)申请日2017.10.18(71)申请人奉化市中立密封件有限公司地址315503浙江省奉化市滕头经济园区四明路北(72)发明人方锡成(51)Int.Cl.C04B35/80(2006.01)C04B35/565(2006.01)权利要求书1页说明书5页(54)发明名称一种原位碳化硅纤维增强液相烧结碳化硅陶瓷及制造方法(57)摘要一种采用原位碳化硅纤维增强液相烧结碳化硅陶瓷及制造方法，其特征在于通过竞争性吸附而部分吸附聚碳硅烷分子链的母体碳化硅颗粒与通过乙烯基三乙氧基硅烷键合小颗粒氧化铝-氧化钇烧结助剂的母体碳化硅颗粒在1700℃-1800℃的烧结温度下聚碳硅烷分子链裂解成为碳化硅纤维，通过在液化的氧化铝-氧化钇烧结助剂中的生长形成与其他碳化硅颗粒的“铆接”，形成在残留晶界的氧化铝-氧化钇烧结助剂中的交叉纤维网格及“裂纹偏转”机理大幅度提高其高温机械性能，并同时避免在液相烧结时的团聚，自颗粒“铆接”及碳化硅颗粒表面过多碳化硅纤维可能引起的空间位阻效应而导致不利于烧结的情况出现。CN107746282ACN107746282A权利要求书1/1页1.一种采用原位碳化硅纤维增强液相烧结碳化硅陶瓷的制造方法，其特征在于将主要原料碳化硅粉分成等质量的两份A及B，将A份碳化硅5-10％质量百分比的聚碳硅烷、1-3％质量百分比的N-β(氨乙基)-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、10-15％质量百分比的甲苯及A份碳化硅混合在一起，充分搅拌30-50分钟并在80℃-120℃温度下烘干30-60分钟后，在280℃-350℃马弗炉中煅烧20-40分钟，然后将温度升高至1100℃-1350℃并继续煅烧5-15小时后随炉冷却得到物料I；将B份碳化硅5-15％质量百分比的助剂，其组成为30-70wt％Al2O3、28-65wt％Y2O3及2-5wt％乙烯基三乙氧基硅烷，与B份碳化硅在高能球磨机中混合球磨3-5小时得到物料II；将物料I、物料II及物料I、物料II总质量的3-5wt％结合剂在高能球磨机中混合球磨5-10小时后经过过筛、成型，以5℃-10℃的升温速度在真空碳管炉中升温至1700℃-1800℃并保温10-20小时制成高强度、高韧性的碳化硅陶瓷。2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于碳化硅的颗粒粒径在0.5-5微米之间，Al2O3、Y2O3烧结助剂的颗粒尺度在200纳米以下；结合剂是酚醛树脂、聚乙烯醇中的一种。3.根据权利要求1所述的制造方法，成型是将粉体放在圆柱形模具内，在液压机中在200-250MPa的压力下静压5分钟再脱模得到素坯，然后将素坯在250℃热处理20分钟，除去结合剂。2CN107746282A说明书1/5页一种原位碳化硅纤维增强液相烧结碳化硅陶瓷及制造方法技术领域[0001]本发明涉及一种高强度碳化硅陶瓷及制造方法技术领域。背景技术[0002]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。[0003]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一定的热量，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。[0004]在汽车工业中，为了提高发动机的热效率，充分利用能源，降低燃料消耗，减少大气污染，希望发动机的工作温度高于1200℃(据计算，发动机的工作温度由1100℃提高到1370℃时，热效率可增加30％)。碳化硅陶瓷因所具有的高温强度，较低的热膨胀系数，较高的导热系数和较好的抗热冲击性而被认为是使用温度超过1200℃最有前途的候选材料。拥有先进陶瓷技术的国家如美国、德国和日本已研发出采用碳化硅陶瓷的发动机零部件如发动机定子、转子、燃烧器及涡形管并取得了良好的使用效果，目前正致力于全陶瓷发动机的开发研究。[0005]航