碳化硅复合陶瓷的制备方法、其制得的碳化硅复合陶瓷和应用以及陶瓷制品技术

本发明专利技术公开了一种碳化硅复合陶瓷的制备方法、其制得的碳化硅复合陶瓷和应用以及陶瓷制品，涉及碳化硅陶瓷制备技术领域。碳化硅复合陶瓷的制备方法包括以下步骤：将混合原料浆料经喷雾造粒得到的粉体进行干压成型得到碳化硅复合陶瓷坯体，坯体在真空气氛下2000‑2100℃烧结1‑3h，得到碳化硅复合陶瓷；混合原料浆料是混合原料加水研磨后得到的，混合原料包括质量百分比的如下组分：碳化硅60‑85％、二硼化钛1‑6％、碳化硼0.5‑5％和粘结剂10‑30％。本发明专利技术制得的碳化硅复合陶瓷具有高强度、高硬度和高断裂韧性的优点，可广泛应用于机械、化工、能源和军工等领域，工艺简单、成本低，自动化程度高，易于实现工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
碳化硅复合陶瓷的制备方法、其制得的碳化硅复合陶瓷和应用以及陶瓷制品
本专利技术涉及碳化硅陶瓷制备
，具体而言，涉及一种碳化硅复合陶瓷的制备方法、其制得的碳化硅复合陶瓷和应用以及陶瓷制品。
技术介绍
碳化硅(siliconcarbide，SiC)陶瓷作为一种典型的共价键结合的陶瓷材料，具有高温强度大、高温蠕变小、硬度高，耐磨、耐腐蚀、抗氧化、高热导率和高电导率以及热稳定性好的特点，在机械、化工、能源和军工等高
得到了大量应用。但SiC陶瓷的室温强度相对较低、断裂韧性较差，一定程度上降低了其可加工性和应用可靠性，因此制备同时具有较高强度和断裂韧性的SiC基复合陶瓷一直是SiC陶瓷研究的主要发展方向。二硼化钛(TiB2)具有高熔点、高强度、高硬度和高弹性模量，因此在结构材料中可以作为硬质相应用。尤其是二硼化钛熔点高达2980℃，是良好的高温超硬导电陶瓷，在碳化硅陶瓷基体中加入二硼化钛粒子可大大提高制品的断裂韧性。碳化硅为强共价键性，二硼化钛是硼和钛最稳定的化合物，为C32型结构，也以共价键形式结合。这样的化学结构决定了碳化硅和二硼化钛很难达到烧结致密化。目前，大多数研究工作集中于采用原位反应合成SiC-TiB2复合粉体后用热压烧结方式实现烧结致密化，但热压烧结只能实现简单形状样品的烧结，且设备复杂，效率低、成本高，不适于大批量工业化生产。因此，所期望的是提供一种低成本、可大规模工业化生产且高性能的碳化硅复合陶瓷生产工艺，能够解决上述问题中的至少一个。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种碳化硅复合陶瓷的制备方法，能够缓解上述问题中的至少一个。本专利技术的目的之二在于提供一种上述碳化硅复合陶瓷的制备方法制备得到的碳化硅复合陶瓷，具有较高强度和断裂韧性。本专利技术的目的之三在于提供一种上述碳化硅复合陶瓷在防弹装甲领域中的应用。本专利技术的目的之四在于提供一种陶瓷制品，采用上述碳化硅复合陶瓷制备得到。为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：第一方面，提供了一种碳化硅复合陶瓷的制备方法，包括以下步骤：将混合原料浆料经喷雾造粒得到的粉体进行干压成型得到碳化硅复合陶瓷坯体，坯体在真空气氛下2000-2100℃烧结1-3h，得到碳化硅复合陶瓷；混合原料浆料是混合原料加水研磨后得到的，混合原料包括质量百分比的如下组分：碳化硅60-85％、二硼化钛1-6％、碳化硼0.5-5％和粘结剂10-30％。优选地，在本专利技术提供的技术方案的基础上，混合原料包括质量百分比的如下组分：碳化硅70-80％、二硼化钛2-5％、碳化硼1-3％和粘结剂12-22％。优选地，在本专利技术提供的技术方案的基础上，所述碳化硅的粒径为0.4-1.0μm，优选为0.5-0.6μm；优选地，所述二硼化钛的粒径为3-5μm，优选为3-4μm；优选地，所述碳化硼的粒径为1.5-28μm，优选为1.5-10μm。优选地，在本专利技术提供的技术方案的基础上，所述粘结剂包括酚醛树脂、聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇中的一种或几种，优选为酚醛树脂和聚乙烯吡咯烷酮的组合，或，酚醛树脂和聚乙烯醇的组合；优选地，酚醛树脂和聚乙烯吡咯烷酮的质量比为(6-15)：(4-10)，或，酚醛树脂和聚乙烯醇的质量比为(6-15)：(4-10)。优选地，在本专利技术提供的技术方案的基础上，混合原料和水的质量比为1：(0.9-1.2)，优选为1：(1-1.1)；优选地，喷雾造粒得到的粉体的含水率为0.7-1.0％。优选地，在本专利技术提供的技术方案的基础上，干压成型的工艺参数包括：压制压力为10-25MPa，保压时间为1-5min；优选地，压制压力为12-20MPa，保压时间为1-3min。优选地，在本专利技术提供的技术方案的基础上，上述碳化硅复合陶瓷的制备方法，包括以下步骤：(a)将混合原料加水研磨6-8h，得到混合原料浆料；混合原料包括质量百分比的如下组分：碳化硅60-85％、二硼化钛1-6％、碳化硼0.5-5％和粘结剂10-30％；混合原料和水的质量比为1：(0.9-1.2)；(b)将混合原料浆料进行喷雾造粒，得到含水率为0.7-1.0％的粉体；(c)将步骤(b)得到的粉体放入模具内在10-25MPa压力下进行干压成型，保压1-5min，得到碳化硅复合陶瓷坯体；(d)将步骤(c)得到的坯体在40-80℃下干燥8-24h；(e)将步骤(d)得到的坯体在真空气氛下2000-2100℃烧结1-3h，得到碳化硅复合陶瓷。第二方面，提供了一种碳化硅复合陶瓷，采用上述碳化硅复合陶瓷的制备方法制备得到。第三方面，提供了一种上述碳化硅复合陶瓷在防弹装甲领域中的应用。第四方面，提供了一种陶瓷制品，采用上述碳化硅复合陶瓷制备得到；优选地，所述陶瓷制品为防弹装备，优选为防弹拼接板。与已有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：(1)本公开碳化硅复合陶瓷的制备方法向碳化硅材料中添加二硼化钛来提高碳化硅复合陶瓷的性能，通过采用特定配比的碳化硅、二硼化钛和碳化硼作为原料，经成型、烧结而成，成型采用喷雾造粒获得粉体后干压成型，烧结采用无压烧结，并控制一定的烧结温度，有利于实现陶瓷制品性能的优化。本公开通过对原料和工艺及参数的改进优化，制得的碳化硅复合陶瓷具有高强度、高硬度和高断裂韧性的优点，体积密度大于3.10g/cm3，弯曲强度大于400MPa，断裂韧性大于5.0MPa·m1/2，可广泛应用于机械、化工、能源和军工等高
(2)本公开碳化硅复合陶瓷的制备方法工艺简单、成本低，自动化程度高，易于实现工业化生产。具体实施方式下面将结合实施例对本专利技术的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。根据本专利技术的一个方面，提供了一种碳化硅复合陶瓷的制备方法，包括以下步骤：将混合原料浆料经喷雾造粒得到的粉体进行干压成型得到碳化硅复合陶瓷坯体，坯体在真空气氛下2000-2100℃烧结1-3h，得到碳化硅复合陶瓷；混合原料浆料是混合原料加水研磨后得到的，混合原料包括质量百分比的如下组分：碳化硅60-85％、二硼化钛1-6％、碳化硼0.5-5％和粘结剂10-30％。本公开的碳化硅复合陶瓷由原料经混合、成型和烧结而成。原料包括60-85wt％的碳化硅、1-6wt％的二硼化钛、0.5-5wt％的碳化硼和10-30wt％的粘结剂。碳化硅作为陶瓷基体，示例性的质量百分含量例如为60％、62％、64％、65％、66％、68％、70％、72％、74％、75％、76％、78％、80％、82％、84％或85％。二硼化钛示例性的质量百分含量例如为1％、2％、3％、4％、5％或6％。加入一定含量的二硼化钛提高碳化硅复合陶瓷的性能。碳化硼示例性的质量百分含量例如为0.5％、1％、2％、3％、4％或5％。加入一定量的碳化硼，碳化硼在高温下固溶进碳化硅中，降低碳化硅的晶界能，促进碳化硅的烧结。粘结剂示例性的质量百分含量例如为10％、12％、14％、15％、16％、18％、20％、22％、24％、25％、26％、28％或30％。粘结剂主要作用是使各反应原料混合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳化硅复合陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将混合原料浆料经喷雾造粒得到的粉体进行干压成型得到碳化硅复合陶瓷坯体，坯体在真空气氛下2000‑2100℃烧结1‑3h，得到碳化硅复合陶瓷；混合原料浆料是混合原料加水研磨后得到的，混合原料包括质量百分比的如下组分：碳化硅60‑85％、二硼化钛1‑6％、碳化硼0.5‑5％和粘结剂10‑30％。

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅复合陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将混合原料浆料经喷雾造粒得到的粉体进行干压成型得到碳化硅复合陶瓷坯体，坯体在真空气氛下2000-2100℃烧结1-3h，得到碳化硅复合陶瓷；混合原料浆料是混合原料加水研磨后得到的，混合原料包括质量百分比的如下组分：碳化硅60-85％、二硼化钛1-6％、碳化硼0.5-5％和粘结剂10-30％。2.按照权利要求1所述的碳化硅复合陶瓷的制备方法，其特征在于，混合原料包括质量百分比的如下组分：碳化硅70-80％、二硼化钛2-5％、碳化硼1-3％和粘结剂12-22％。3.按照权利要求1所述的碳化硅复合陶瓷的制备方法，其特征在于，所述碳化硅的粒径为0.4-1.0μm，优选为0.5-0.6μm；优选地，所述二硼化钛的粒径为3-5μm，优选为3-4μm；优选地，所述碳化硼的粒径为1.5-28μm，优选为1.5-10μm。4.按照权利要求1所述的碳化硅复合陶瓷的制备方法，其特征在于，所述粘结剂包括酚醛树脂、聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇中的一种或几种，优选为酚醛树脂和聚乙烯吡咯烷酮的组合，或，酚醛树脂和聚乙烯醇的组合；优选地，酚醛树脂和聚乙烯吡咯烷酮的质量比为(6-15)：(4-10)，或，酚醛树脂和聚乙烯醇的质量比为(6-15)：(4-10)。5.按照权利要求1-4任一项所述的碳化硅复合陶瓷的制备方法，其特征在于，混合原料和水的质量比为1：(0.9-1.2)...

【专利技术属性】
技术研发人员：甄风磊，李兆敏，张玉军，翟彦霞，刘欢，
申请(专利权)人：山东宝纳新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37