一种碳化硅复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种碳化硅复合材料，按质量分数计，包括以下组分：碳化硅粉末60～80％、有机金属盐10～30％、粘结剂1～15％。本发明专利技术还公开了一种碳化硅复合材料的制备方法，包括：将碳化硅粉末、有机金属盐及粘结剂进行超声处理；将混合均匀的原料放入交联裂解炉中，在氩气的保护下，以1～2℃/min的升温速率将所述交联裂解炉的温度从200℃升温至1000℃，并在1000℃下保温2～3h；将交联裂解得到的固体物质进行球磨；在氩气保护下，将球磨得到的固体物质放入到高温热处理炉中进行热处理，得到碳化硅复合材料。本发明专利技术制备的碳化硅复合材料具有优异的防腐性能、导热效率、抗氧化能力的优点，且有效降低了成本。

A silicon carbide composite material and its preparation method

The invention discloses a silicon carbide composite material, which comprises the following components by mass fraction: silicon carbide powder 60-80%, organic metal salt 10-30%, binder 1-15%. The invention also discloses a preparation method of silicon carbide composite material, which includes: ultrasonic treatment of silicon carbide powder, organic metal salt and binder; putting mixed and uniform raw materials into a cross-linked cracking furnace, under the protection of argon, heating the temperature of the cross-linked cracking furnace from 200 \u2103 to 1000 \u2103 at a heating rate of 1-2 \u2103 / min, and holding it for 2-3H at 1000 \u2103; cross-linking cracking furnace Under the protection of argon, the ball milled solid materials are put into the high temperature heat treatment furnace for heat treatment, and the SiC composite materials are obtained. The silicon carbide composite material prepared by the invention has the advantages of excellent corrosion resistance, heat conduction efficiency and oxidation resistance, and effectively reduces the cost.

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅复合材料及其制备方法
本专利技术涉及碳化硅材料
，更具体地说，本专利技术涉及一种碳化硅复合材料及其制备方法。
技术介绍
碳化硅(SiC)陶瓷具有热膨胀系数小、分解温度高、密度低、高温强度高、耐腐蚀、耐磨损、耐烧蚀等优异性能，是在1300℃以上使用的最有前途的高温结构材料之一，广泛用于耐热、耐磨和使用环境苛刻的场合。SiC陶瓷高温使用时存在氧化现象，其氧化机制分为主动氧化和被动氧化。高温低氧分压时发生主动氧化，SiC材料氧化生成挥发的SiO，导致材料质量减少，继而材料失效。中温高氧分压时发生被动氧化，SiC材料氧化形成SiO2薄膜保护层，阻止氧向内部扩散，材料质量增加。SiC材料在被动氧化机制下表面形成的SiO2薄膜阻氧性能好，氧扩散率远远低于其他高温氧化物，从而有效保护SiC在高温下的使用。在一定的氧分压环境下，两种氧化机制存在温度转换点，材料表面温度高于转换温度时氧化机制由被动氧化变为主动氧化，主被动氧化的转换温度控制碳化硅的使用温度。SiC材料作为结构部件，例如航天用飞行器，其工作环境为高温低氧分压，易发生主动氧化，材料失效，因此需要碳化硅材料具有更高的使用温度。由于SiO2在高温低氧分压时主动挥发，所以，目前多数碳化硅的使用温度约为1700℃，限制了其使用范围，有必要开发新方法来制备碳化硅，提高其主被动氧化的转换温度，从而提高碳化硅使用温度，得到耐高温、抗氧化、低成本的碳化硅材料。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。本专利技术还有一个目的是提供了一种能进一步提高防腐性能、提高导热效率、增强硅的高温稳定性、降低氧化效率并降低成本的碳化硅复合材料及其制备方法。为了实现上述目的，本专利技术公开了一种碳化硅复合材料，按质量分数计，包括以下组分：碳化硅粉末60～80％、有机金属盐10～30％、粘结剂1～15％。优选地，本专利技术中，所述有机金属盐为乙酰丙酮钾或异丙醇钾。优选地，本专利技术中，所述粘结剂为水性有机硅树脂或低聚硅烷。优选地，本专利技术中，所述水性有机硅树脂为聚甲基硅树脂或聚乙基硅树脂。优选地，本专利技术中，所述低聚硅烷为3-甲基丙烯酰氧丙基三(三甲基硅氧基)硅烷、苯基三(二甲基硅氧基)硅烷、1，3-二苯基四(二甲基硅氧基)二硅氧烷中的任意一种。优选地，本专利技术中，所述碳化硅粉末的粒径为0.1～100μm。本专利技术还公开了一种碳化硅复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一、按质量分数计，将60～80％的碳化硅粉末、10～30％的有机金属盐及1～15％的粘结剂进行超声处理；步骤二、将混合均匀的原料放入交联裂解炉中，在氩气的保护下，以1～2℃/min的升温速率将所述交联裂解炉的温度从200℃升温至1000℃，并在1000℃下保温2～3h；步骤三、将交联裂解得到的固体物质进行球磨；步骤四、在氩气保护下，将球磨得到的固体物质放入到高温热处理炉中进行热处理，热处理温度为1800～1900℃，处理时间为1～2h，得到碳化硅复合材料。优选地，本专利技术中，所述超声处理的频率为100KHz，超声时间为1h。优选地，本专利技术中，所述步骤三中，球磨时间为1～3h，球磨转速为1000r/min。本专利技术以碳化硅粉末为原料，通过在碳化硅中引入微量的金属锂元素，通过高温热处理过程，实现了金属钾与碳化硅的充分混合和完全反应。固化反应结束后，能够形成牢固的化学键，在被动氧化过程中，形成金属二氧化硅固溶体，降低二氧化硅的活度，明显提高了主被动氧化的转换温度，从而形成耐高温的碳化硅复合材料，并有效降低了材料成本。本专利技术采用水性有机硅树脂或者低聚硅烷作为粘结剂，其能够提供碳源和硅源，在交联裂解炉中，水性有机硅树脂或低聚硅烷发生裂解并形成碳化硅，并经过蒸发和凝聚作用沉积到碳化硅粉末上，形成致密层，从而保证了碳化硅的密度，并降低了氧化概率。本专利技术至少包括以下有益效果：1、本专利技术提供的碳化硅复合材料通过在碳化硅中引入金属锂，有效提高了耐高温、防腐蚀性能，增强了硅的高温稳定性，并降低了氧化概率，有效地降低了成本。2、本专利技术提供的碳化硅复合材料具有均一性，且金属钾的掺杂不改变碳化硅的宏观结构，对碳化硅的物理性能无明显影响。本专利技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本专利技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。实施例1本专利技术公开了一种碳化硅复合材料，按质量分数计，包括：碳化硅粉末80％、乙酰丙酮钾15％、聚甲基硅树脂5％。碳化硅粉末的粒径为100μm。上述所述的碳化硅复合材料的制备方法包括以下步骤：步骤一、将80％的碳化硅粉末、15％的乙酰丙酮钾及5％的聚甲基硅树脂进行超声处理，超声处理的频率为100KHz，超声时间为1h；步骤二、将混合均匀的原料放入交联裂解炉中，在氩气的保护下，以1℃/min的升温速率将所述交联裂解炉的温度从200℃升温至1000℃，并在1000℃下保温2h；步骤三、将交联裂解得到的固体物质进行球磨，球磨时间为2h，球磨转速为1000r/min；步骤四、在氩气保护下，将球磨得到的固体物质放入到高温热处理炉中进行热处理，热处理温度为1800℃，处理时间为2h，得到碳化硅复合材料。对制备的碳化硅复合材料进行了性能测试，测试结果为碳化硅复合材料在1900℃有氧环境下烧蚀率为0.015％，在腐蚀液中，腐蚀性失重为0.16mg/cm3，腐蚀液由体积百分浓度为10％HF与体积百分浓度为57％的HNO3按体积比10:1组成，密度为3.08g/cm3。在1950℃高温下仍具备优异的抗氧化性能和耐腐蚀性能。实施例2本专利技术公开了一种碳化硅复合材料，按质量分数计，包括：碳化硅粉末70％、异丙醇钾20％、聚乙基硅树脂10％。碳化硅粉末的粒径为50μm。上述碳化硅复合材料的制备方法包括以下步骤：步骤一、按质量分数计，将70％的碳化硅粉末、20％的异丙醇钾及10％的聚乙基硅树脂进行超声处理，超声处理的频率为100KHz，超声时间为1h；步骤二、将混合均匀的原料放入交联裂解炉中，在氩气的保护下，以2℃/min的升温速率将所述交联裂解炉的温度从200℃升温至1000℃，并在1000℃下保温3h；步骤三、将交联裂解得到的固体物质进行球磨，球磨时间为3h，球磨转速为1000r/min；步骤四、在氩气保护下，将球磨得到的固体物质放入到高温热处理炉中进行热处理，热处理温度为1900℃，处理时间为1h，得到碳化硅复合材料。对制备的碳化硅复合材料进行了性能测试，测试结果为碳化硅复合材料在1900本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳化硅复合材料，其特征在于，按质量分数计，包括以下组分：/n碳化硅粉末60～80％、有机金属盐10～30％、粘结剂1～15％。/n

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅复合材料，其特征在于，按质量分数计，包括以下组分：
碳化硅粉末60～80％、有机金属盐10～30％、粘结剂1～15％。


2.根据权利要求1所述的碳化硅复合材料，其特征在于，所述有机金属盐为乙酰丙酮钾或异丙醇钾。


3.根据权利要求1所述的碳化硅复合材料，其特征在于，所述粘结剂为水性有机硅树脂或低聚硅烷。


4.根据权利要求3所述的碳化硅复合材料，其特征在于，所述水性有机硅树脂为聚甲基硅树脂或聚乙基硅树脂。


5.根据权利要求3所述的碳化硅复合材料，其特征在于，所述低聚硅烷为3-甲基丙烯酰氧丙基三(三甲基硅氧基)硅烷、苯基三(二甲基硅氧基)硅烷、1，3-二苯基四(二甲基硅氧基)二硅氧烷中的任意一种。


6.根据权利要求1所述的碳化硅复合材料，其特征在于，所述碳化硅粉末的粒径为0.1～100μm。


7.一种制备根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘骏，刘振华，张海，
申请(专利权)人：湖南太子新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43