本发明专利技术涉及一种高热导率无压烧结碳化硅陶瓷材料及其制备方法，它由以下质量百分比的原料组成：碳化硅75～95wt.％，石墨烯0.5～10wt.％，表面活性剂1～3wt.％，分散剂0.5～2.5wt.％，粘结剂2～10wt.％，碳化硼0.5～3.5wt.％，本发明专利技术通过碳化硅、石墨烯、碳化硼之间的特定配比，压制成坯体，真空条件下无压烧结，制得SiC陶瓷材料，石墨烯均匀分布于SiC基体材料中，并与SiC形成紧密结合，避免了材料内部气孔对声子散射导致的热导率降低抵消并超过引入石墨烯对热导率提高的作用，既保证了陶瓷材料的致密化，同时又达到较高的热导率，保证了材料均匀一致。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种高热导率无压烧结碳化硅（SiC)陶瓷材料及其制备方法，属于无 机非金属材料领域。
技术介绍
SiC陶瓷具有硬度高、耐高温、耐氧化、耐腐蚀，高温强度高，化学稳定性好，抗热震 性好，热导率高，热膨胀系数低等优点，在工业窑炉、石油、冶金、化工、机械、航空航天等诸 多领域有广泛的应用，尤其是碳化硅陶瓷所具有的优良的热力学性能使其在热交换器、蓄 热燃烧、电子器件封装基板等对热性能要求较高的场合具有广阔的应用前景。 然而，目前制得的SiC陶瓷材料却普遍存在着热导率低的问题。TANAKAS.等 .JournaloftheCeramicSocietyofJapan, 1995, 103(8):870-872.] 通过在SiC中加入氧化铍，制得的SiC陶瓷热导率高达270WAm?K)。Safaraliev GK等也指出，在SiC中加入 氧化铍后材料的热导率比纯碳化硅高3倍以上，然而氧化铍是剧毒材料，对人体有害。 SneadL.L.等(Highthermalconductivityofgraphitefibersiliconcarbide compositesforfusionreactorapplication.JournalofNuclearMateria ls，2002, 307 - 311 (3) : 1200 - 1204.)利用具有高热导率的碳纤维制成三维编织物，然后化 学气相渗透SiC制备高热导率的SiC/碳纤维复合材料，然而该方法工艺较为复杂，而且生 产周期长，制备成本高。 石墨烯是二维sp2键和的单层碳原子晶体，与三维材料不同，其低维结构可显著 削减晶界处声子的边界散射，并赋予其特殊的声子扩散模式。研宄表明，室温下石墨烯的热 导高达5300WAm?K)，高于碳纤维。 中国专利文献CN103085372A(201110335512.X)公开了一种超材料介质基板及 其加工方法，包括以下步骤，111.将纳米碳化硅粉末、溶剂、表面活性剂混合后研磨成细小 颗粒，用超声波洗涤、干燥；112.利用热等静压工艺将细小颗粒烧结成纳米碳化硅陶瓷层； 12.将上述纳米碳化硅陶瓷层、石墨粉末、石墨烯层利用热等静压工艺制成超材料的介质基 板。然而该专利技术采用热等静压工艺，分别热等静压制备碳化硅陶瓷层、石墨烯层，再层叠后 热等静压制备超结构材料，制备工艺复杂，而且需要采用纳米SiC粉末，这都增加了生产成 本，不利于其产业化推广应用。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种高热导率无压烧结碳化硅（SiC)陶瓷材料 及其制备方法，该方法工艺简单、成本低，所制得的SiC陶瓷材料除了具有一般碳化硅陶瓷 的优异性能外，还具有热导率高的特点，可以满足热交换器、蓄热燃烧、电子器件封装基板 等对热导率要求较高的场合的应用要求。 术语说明 D5tl:也叫中位径或中值粒径，是指粉体材料的累积粒度分布百分数达到50%时达 到的粒径，用来表示粉体的平均粒径。 本专利技术的技术方案如下： 一种高热导率无压烧结碳化硅陶瓷材料，由以下质量百分比的原料组成：碳化硅 75~95wt. %，石墨稀0? 5~IOwt. %，表面活性剂1~3wt. %，分散剂0? 5~2. 5wt. %，粘 结剂2~IOwt. %，碳化硼0. 5~3. 5wt. %，各组分质量百分比之和为100% ; 上述原料经混合、成型、真空条件下于温度2050-2200°C烧结1~5小时，制得。 本专利技术优选的，高热导率无压烧结碳化硅陶瓷材料，由以下质量百分比的原料组 成：碳化娃80~95wt. %，石墨稀0. 5~7wt. %，表面活性剂1~3wt. %，分散剂0. 5~ 2. 5wt. %，粘结剂3-6wt. %，碳化硼微粉1~2. 5wt. % ;各组分质量百分比之和为100%。 根据本专利技术优选的，所述的碳化娃，D5tl为0. 1-1. 5ym，优选的，碳化娃的D5(|为 0. 45 + 0.Ium〇 根据本专利技术优选的，所述的石墨烯，含碳量> 99. 0%，平均厚度< 3nm，D5tl为 3_15um〇 根据本专利技术优选的，所述的表面活性剂为硬脂酸或脂肪酸甘油酯。 根据本专利技术优选的，所述的分散剂为四甲基氢氧化铵或聚丙烯酸；所述聚丙烯酸 的分子量为3000~30000。 根据本专利技术优选的，所述的粘结剂为聚乙烯醇或羧甲基纤维素；所述聚乙烯醇的 分子量为50000~100000。 根据本专利技术优选的，所述碳化硼，D5tl为0. 50-3. 5ym;优选的，碳化硼，D5(|为 L50zh0. 5ym〇 本专利技术优选的一个技术方案，一种高热导率无压烧结碳化硅陶瓷材料，由以下质 量百分比的原料组成，D5tl为0. 45±0.Iym的碳化硅微粉80~95wt. %，D5tl为3-15ym 的石墨稀0. 5~7wt. %，硬脂酸1~3wt. %，聚丙稀酸0. 5~2. 5wt. %，聚乙稀醇0. 3~ 1.5wt. % ;D5(I为1.50±0. 5ym的碳化硼微粉1~2. 5wt. %，各组分质量百分比之和为 100%〇 上述高热导率无压烧结碳化硅陶瓷材料的制备方法，包括步骤如下： (1)将碳化硅、石墨烯、碳化硼、表面活性剂、分散剂和粘结剂按比例混合，然后加 水球磨8~20小时，制得SiC浆料； (2)将步骤（1)制得的SiC浆料喷雾造粒，压制成型，获得高密度坯体； (3)将步骤⑵制得的高密度坯体在50~70°C烘干8~20小时，然后置于真空 烧结炉中，在2050-2200°C烧结1~7小时，制得SiC陶瓷材料。 本专利技术优选的，步骤（1)中混合原料与水的质量比为3: (2~5)，所述的水为去离 子水。 本专利技术优选的，步骤（2)中喷雾造粒过程中，制得的颗粒含水率为0.5~1. 5%。 本专利技术优选的，步骤（2)中的压制成型，将经喷雾造粒制得的颗粒在80~160MPa 冷等静压成型，保压2~5分钟，高密度坯体的密度为1. 70~I. 90g/cm3。 本专利技术制得的SiC陶瓷材料体积密度大于3.05g/cm3,室温热导率大于140W/ (m?K)〇 本专利技术所用的各种原料，均为市售常用原料。 本专利技术所说的喷雾造粒、冷等静压成型均按本领域现有技术即可。 本专利技术的高密度坯体除了按上述压制成型方法外，可以用本领域现有的所有成型 技术成型。 有益效果 1、本专利技术通过向SiC材料中添加石墨烯制得高热导率SiC陶瓷材料，该SiC陶瓷 材料除具有一般碳化硅材料硬度高，热膨胀系数低等优点外，还具有热导率高，耐高温，耐 酸、碱腐蚀等优点，因而在工业窑炉、石油、冶金、化工、机械、航空航天等领域具有广泛的应 用前景。 2、本专利技术通过碳化硅、石墨烯、碳化硼之间的特定配比，压制成坯体，真空条件下 无压烧结，制得SiC陶瓷材料，在本专利技术制备的无压烧结SiC陶瓷材料中，石墨烯均匀分布 于SiC基体材料中，并与SiC形成紧密结合，避免了材料内部气孔对声子散射导致的热导率 降低抵消并超过引入石墨烯对热导率提高的作用，既保证了陶瓷材料的致密化，同时又达 到较高的热导率，保证了材料均匀一致。与反应烧结SiC陶瓷材料相比，虽然本专利技术需要较 高的烧结温度，但是由于材料中不含游离硅，克服了硅不耐高温，不耐酸本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高热导率无压烧结碳化硅陶瓷材料，由以下质量百分比的原料组成：碳化硅75～95wt.%，石墨烯0.5～10wt.%，表面活性剂1～3wt.%，分散剂0.5～2.5wt.%，粘结剂2～10wt.%，碳化硼0.5～3.5wt.%，各组分质量百分比之和为100%；上述原料经混合、成型、真空条件下于温度2050‑2200℃烧结1～5小时，制得。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张玉军，李其松，谭砂砾，
申请(专利权)人：莱芜亚赛陶瓷技术有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37
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