表面刻蚀纳米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料、制备方法及其应用技术

本发明专利技术涉及一种表面刻蚀纳米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料、制备方法及应用，以重量份数计，原料组成如下：纳米碳化硅斜方微晶须51‑99.99份；纳米氧化铝正交微晶须0.01‑49.99份；纳米碳化硅/氧化铝表面刻蚀复合材料0.01‑49.99份；所述纳米碳化硅斜方微晶须、纳米氧化铝正交微晶须、纳米碳化硅/氧化铝复合材料表面均经过刻蚀处理；高岭土0.01‑0.015份。本发明专利技术能够快速生产，显著降低了生产时间，提高了生产效率。另外，成分比例恰当，没有原料的浪费，降低生产成本，机械强度更高，具有较好的热传导特性。本发明专利技术的产品性能更好，应用更为广泛。

Surface etching nano silicon carbide microcrystalline ceramic matrix composite material, preparation method and application thereof

The invention relates to a method for etching on the surface of nano SiC ceramics to ceramics based composite material, preparation method and application in weight, raw materials are as follows: 51 nano SiC crystallite orthorhombic 99.99; nano alumina ceramics to 0.01 orthogonal 49.99; nano silicon carbide / etching on the surface of alumina composite 0.01 49.99 a; the nano SiC ceramics, nano alumina to orthorhombic crystallites, nano SiC / orthogonal to the surface of alumina composites after etching treatment; kaolin 0.01 0.015. The invention can rapidly produce, remarkably reduce the production time and improve the production efficiency. In addition, the proportion of ingredients is appropriate, there is no waste of raw materials, lower production costs, higher mechanical strength, better thermal conductivity characteristics. The product has better performance and wider application.

【技术实现步骤摘要】
表面刻蚀纳米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料、制备方法及其应用
本专利技术涉及材料领域，具体涉及一种表面刻蚀纳米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料、制备方法及应用。
技术介绍
纳米碳化硅(SiC)，又称金刚砂，由碳和硅化合形成分子式SiC。碳化硅微晶须为立方微晶须，和金刚石同属于一种晶型，是目前已经合成出的晶须中硬度最高，模量最大，抗拉伸强度最大，耐热温度最高的晶须产品，分为α型和β型两种形式，其中β型性能优于α型并具有更高的硬度(莫氏硬度达9.5以上)，更好的韧性和导电性能，抗磨、耐高温，特别耐地震、耐腐蚀、耐辐射，已经在飞机、导弹的外壳上以及发动机、高温涡轮转子、特种部件上得到应用。同样，氧化铝微晶须作为一种陶瓷晶须，具有高强度及优越的力学性能，而且不存在高温氧化问题。纳米碳化硅可以通过多种形式得到，包括但不局限于填充陶瓷材料，粮食和纤维。大块的或颗粒状的纳米碳化硅有很多用途，包括用作研磨或切割用具、建筑陶瓷、用于电子电路元件和加热元件。纳米碳化硅也可以以微晶须形式存在。通常在纳米碳化硅的生产工业中微晶须被定义为拥有高比例的长度直径比的纳米碳化硅颗粒。不同尺寸和不同工艺制作得到的纳米碳化硅微晶须通常用于加强和巩固其他材料。早期的纳米碳化硅微晶须是由稻谷壳在SiO2气氛中高压生产得到。后来，纳米碳化硅微晶须是通过使用石油化工过程生产得到，而现在的纳米碳化硅微晶须，可以在高温下直接氟化得到。但是却造成了下面的问题：(i)需要非常高的温度前驱体才能反应生成预期的纳米碳化硅，(ⅱ)会产生的一些处理繁琐且费用昂贵的石化衍生物(例如苯并恶嗪，甲苯)，(iii)需要昂贵的前驱体(如碳化硼)。例如，现有的典型传统工艺的已知反应方法是在温度高达2200℃下执行，远远超过1000℃。这就会造成需要具高温锅炉及重要生产条件控制的困难。例如，进料速度，加温区的温度控制，气态物质排放，热能排放，及电能质量监控等。因此，目前对于纳米碳化硅微晶须的研究，都是为了克服一个或多个上面讨论的问题。但是，现有的生产技术仍然存在下面的问题，如：(一)会产生不符合规格的材料(“废料”)，造成生产效率低下；(二)增加生产时间；(三)增加生产成本。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决上述问题，提供一种表面刻蚀纳米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料，能够快速生产，显著降低了生产时间，提高了生产效率。另外，成分比例恰当，没有原料的浪费，降低生产成本，机械强度更高，具有较好的热传导特性。本专利技术的制备方法中，并且由该生产技术得到的产品比用其它方法制得的更均匀。本专利技术的产品性能更好，应用更为广泛。本专利技术所述的一种表面刻蚀纳米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料，以重量份数计，原料组成如下：纳米碳化硅斜方微晶须51-99.99份；纳米氧化铝正交微晶须0.01-49.99份；纳米碳化硅/氧化铝表面刻蚀复合材料0.01-49.99份；所述纳米碳化硅斜方微晶须、纳米氧化铝正交微晶须、纳米碳化硅/氧化铝复合材料表面均经过刻蚀处理；高岭土0.01-0.015份，高岭土表面经过Na2SiF6处理；氟化材料占高岭土质量的2-4％。Na2SiF6占高岭土总质量的0.05-3％。Na2SiF6(氟硅酸钠)是一种低成本且常用于氟化城市供水的白色结晶粉末。制备过程中，用氟硅酸钠处理过的高岭土用作掺合剂直接氟化纳米碳化硅。本专利技术表面刻蚀的纳米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料的原料组成，以重量份数计，优选如下：纳米碳化硅斜方微晶须70-99.99份，纳米氧化铝正交微晶须0.01-30份，高岭土0.01-0.015份。本专利技术表面刻蚀的纳米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料的原料组成，以重量份数计，更优选如下：纳米碳化硅斜方微晶须97.5-99.45份，纳米氧化铝正交微晶须0.01-0.05份，纳米碳化硅/氧化铝表面刻蚀复合材料0.01-0.05份；高岭土0.01-0.015份。所述纳米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料中，所述纳米碳化硅斜方微晶须与纳米氧化铝正交微晶须处于物理上的分离状态。所述氧化铝正交微晶须的长度为：200nm-1000nm；纳米碳化硅斜方微晶须的长度为200nm-1000nm；所述纳米碳化硅/氧化铝表面刻蚀复合材料微晶须的长度为200nm-1000nm。表面刻蚀纳米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料的原料优选如下：所述纳米碳化硅斜方微晶须的长度为500nm-700nm。所述纳米氧化铝正交微晶须的长度为450nm-750nm，氧化铝正交微晶须长度优选为700nm。纳米碳化硅/氧化铝表面刻蚀复合材料的长度为为500nm。所述高岭土的纯度为99.99％。所述氟化材料为四氟乙烯或聚四氟乙烯(PTFE)。所述的表面刻蚀纳米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料的制备方法，步骤如下：(1)将氧化铝正交微晶须与表面刻蚀的纳米碳化硅/氧化铝微晶须复合材料掺杂到质量百分比为的纳米碳化硅斜方微晶须中得到混合材料a；(2)在干燥的高岭土中加入Na2SiF6，对干燥的高岭土进行表面处理；(3)将氟化材料和经过表面处理的干燥的高岭土混合，获得混合材料b；(4)加热混合后混合材料a和混合材料b，得到纳米碳化硅微米微晶须陶瓷基复合材料。表面刻蚀纳米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料的制备方法，(1)粉碎所述氧化铝正交微晶须至200nm-1000nm，并通过湿法刻蚀改变所述氧化铝正交微晶须的所有表面；制备长度为200nm-1000nm的纳米碳化硅斜方微晶须，并通过湿法刻蚀改变所述纳米碳化硅斜方微晶须的所有表面；制备长度为200nm-1000nm纳米碳化硅/氧化铝表面刻蚀复合材料微晶须；(2)将氧化铝正交微晶须与表面刻蚀的纳米碳化硅/氧化铝微晶须复合材料掺杂纳米碳化硅斜方微晶须中得到混合材料a；(3)将干燥的高岭土与Na2SiF6混合进行表面处理；(4)将氟化材料和经过表面处理的干燥的高岭土混合，获得混合材料b；(5)将混合材料a、混合材料b混合后在800-850℃加热，然后急速冷却，以产生表面刻蚀的的纳米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料。制备混合材料a的时间为3-5分钟，制备混合材料b的时间为8-10分钟。步骤(5)中，加热时间为10-15分钟，急速冷却时间为7-12分钟，冷却后的温度为30-40℃。本专利技术制备方法包括但不限于使用流化床干燥器、输送机烘箱、旋转窑、煅烧炉、旋转管煅烧炉或陶瓷炉作为加热加工装置。其中，预蚀刻的纳米氧化铝被用作迅速分散的混和剂。经过Na2SiF6处理的高岭土和氟化材料为生成复合材料的反应创建了一个“活化材料”。在制备过程中，纳米碳化硅的直接氟化通过Na2SiF6开始，制造工艺成本较低。此外，预蚀刻后的纳米氧化铝和表面刻蚀的纳米碳化硅/氧化铝复合材料增加了所得混合材料a的结构和热质量，且独立地确保了氟化材料的完全分解和分散，高岭土更加确保随后使用的任何直接氟化材料的彻底分解和分散。预蚀刻纳米氧化铝正交微晶须，预蚀刻纳米碳化硅/氧化铝复合材料，经过Na2SiF6处理的高岭土和氟化材料为活化材料。活化材料能够与纳米碳化硅微晶须迅速混合，并且能够在高温和浓缩氮-空气-氟化氢的氛围中快速处理。特别地，高岭石(Al2Si2O5(OH)4)从室温升到750℃来产生偏高岭土(2Al2Si2O7+4H2O)，这是由于高岭石在600℃开始吸热分解，这个阶段会产生一种物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种表面刻蚀纳米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料，其特征在于，以重量份数计，原料组成如下：纳米碳化硅斜方微晶须51‑99.99份；纳米氧化铝正交微晶须0.01‑49.99份；纳米碳化硅/氧化铝表面刻蚀复合材料0.01‑49.99份；所述纳米碳化硅斜方微晶须、纳米氧化铝正交微晶须、纳米碳化硅/氧化铝复合材料表面均经过刻蚀处理；高岭土0.01‑0.015份，高岭土表面经过Na

【技术特征摘要】
1.一种表面刻蚀纳米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料，其特征在于，以重量份数计，原料组成如下：纳米碳化硅斜方微晶须51-99.99份；纳米氧化铝正交微晶须0.01-49.99份；纳米碳化硅/氧化铝表面刻蚀复合材料0.01-49.99份；所述纳米碳化硅斜方微晶须、纳米氧化铝正交微晶须、纳米碳化硅/氧化铝复合材料表面均经过刻蚀处理；高岭土0.01-0.015份，高岭土表面经过Na2SiF6处理；氟化材料占高岭土质量的2-4％。2.根据权利要求1所述的表面刻蚀纳米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料，其特征在于，所述纳米碳化硅微晶须复合材料中，所述纳米碳化硅斜方微晶须与纳米氧化铝正交微晶须处于物理上的分离状态。3.根据权利要求1所述的表面刻蚀纳米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料，其特征在于，所述氧化铝正交微晶须的长度为：200nm-1000nm；纳米碳化硅斜方微晶须的长度为200nm-1000nm；所述纳米碳化硅/氧化铝表面刻蚀复合材料微晶须的长度为200nm-1000nm。4.根据权利要求1所述的表面刻蚀纳米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料，其特征在于，所述高岭土的纯度为99.99％。5.根据权利要求1所述的表面刻蚀纳米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料，其特征在于，所述氟化材料为四氟乙烯或聚四氟乙烯。6.一种权利要求1所述的表面刻蚀纳米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：(1)将氧化铝正交微晶须与表面刻蚀的纳米碳化硅/氧化铝微晶须复合材料掺杂到质量百分比为的纳米碳化硅斜方微晶须中得到混合材料a；(2)在干燥的高岭土中加入Na2SiF6，对干燥的高岭土进行表面处理；(3)将氟化材料和经过表面处理的干燥的高岭土混合，获得混合材料b；(4)加热混合后混合材料a和混合材料b，得到纳米碳化硅微米微晶须陶瓷基复合材料。7.根据权利要求6所述的表面刻蚀纳米碳化硅微晶须陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤如下(1)粉碎所述氧化铝正交微晶须至200nm-1000nm，并通过湿法刻蚀改变所述氧化铝正交微晶须的所有表面；制备长度为200nm-1000nm的纳米碳化硅斜方微晶须，并通过湿法刻蚀改变所述氧化铝正交...

【专利技术属性】
技术研发人员：查尔斯·罗伯特·克莱恩，成民主，李守栋，张健，马宁，孙兆杰，
申请(专利权)人：山东硅元克莱恩新材料有限责任公司，
类型：发明
国别省市：山东,37