一种电阻可控碳化硅陶瓷的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种电阻可控的碳化硅陶瓷及其制备方法，属导电陶瓷材料领域。电阻可控碳化硅陶瓷原料包括：SiC粉、B

A preparation method of resistance controllable silicon carbide ceramics

【技术实现步骤摘要】
一种电阻可控碳化硅陶瓷的制备方法
本专利技术属于导电陶瓷材料的
，特别涉及一种电阻可控碳化硅陶瓷材料及其制备方法。
技术介绍
碳化硅(SiC)陶瓷具有强度高、硬度高、导热良好、抗高温氧化、耐化学腐蚀等优良的特性，现已被应用于工业领域。但SiC陶瓷作为一种半导体材料，由于电阻率过高且不可调控，通常情况下导电性能较差，因此，其只能用于高温结构件、耐磨、密封部件等方面，而电学性能得不到充分的发挥，导致其巨大的潜在市场实用价值得不到充分的发掘利用。授权公告号为CN103613388B的专利技术专利提供了一种低温合成TiB2-TiC陶瓷复合材料的方法，其陶瓷原料成分是：TiB2、TiC和金属镍，高温烧结时，金属镍熔化形成液相，从而使陶瓷致密化，具有较佳的力学性能。但由于其成分中含有金属镍，金属一般情况下熔点比陶瓷低，不耐磨、不耐高温、易氧化、硬度低，所以不能作为结构部件使用，不能充当功能结构一体化陶瓷，导电性能较差，用途受限，实际价值低。而且其采用放电等离子烧结（即SPS），虽然烧结时间短，但是炉子的有效工作空间非常小，生产成本加高，目前只限于用于实验室科研研究，用于生产不现实，且距离企业工厂批量化、大规模生产还有较长的路。公告号为CN103396123B的专利技术专利提供了一种大孔径三维网络SiC陶瓷材料的制备方法，其陶瓷成分是SiC和B4C，高温烧结时，颗粒较细的SiC相互扩散，形成烧结颈，从而使SiC和B4C相互结合，达到烧结的目的；其陶瓷浆料通过低温蒸发、有机溶剂萃取冷冻的方式，将陶瓷浆料中溶剂去除，从而得到陶瓷坯体，再进行烧结；其采用造孔剂、有机发泡剂等技术实现陶瓷的多孔特性，但是行业普遍实践结论是：孔的形态并不稳定，随机性非常大，并非人能随意改造；其所制备的多孔陶瓷中，有的孔呈闭合状态，有的呈开孔状态，有的孔径尺寸较大，有的较小，且无法获知孔的分布状态，孔径一般不统一，且随机分散。其应用于气体、液体（如熔融金属）、固体颗粒的过滤材料，催化剂载体，应用领域比较狭窄。综上所述，现有的碳化硅陶瓷材料具有以下缺陷：（1）电阻率较大，导电性弱；（2）抗弯强度、断裂韧性和维氏硬度低。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有碳化硅陶瓷电阻率普遍较高且不可调控的问题，提供了一种电阻可控碳化硅陶瓷的制备方法，以实现以下专利技术目的：（1）本专利技术的一种电阻可控碳化硅陶瓷的制备方法，显著降低碳化硅复合陶瓷的电阻率，提高导电性能；（2）本专利技术的一种电阻可控碳化硅陶瓷的制备方法，明显改善碳化硅复合陶瓷的抗弯强度、断裂韧性和维氏硬度。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种电阻可控碳化硅陶瓷，其特征在于，所述电阻可控碳化硅陶瓷，原料包括：SiC粉、B4C粉、钛源、碳源、TiB2粉。以下是对本专利技术技术方案的优选：所述原料，SiC粉、B4C粉、钛源、碳源、TiB2粉的质量配比为(40-80):(8-30):(20-70):(15-60):(25-55)。本专利技术还提供了一种电阻可控碳化硅陶瓷的制备方法，所述方法包括：配料、过筛造粒、模压成型、干燥、烧结和加工。所述配料，将SiC粉、B4C粉、钛源、碳源、TiB2粉、结合剂与液体介质一起混合成浆料，在球磨罐中球磨。本专利技术还提供了一种电阻可控碳化硅陶瓷的制备方法，包括如下步骤：（1）配料：将SiC粉、B4C粉、钛源、碳源、TiB2粉、结合剂与液体介质一起混合成浆料，在球磨罐中球磨；（2）过筛造粒：将混合浆料进行喷雾造粒或在40-100℃干燥箱中烘干后手工过筛造粒；（3）模压成型：将造粒粉放入模具中，经过模压成型制成陶瓷生坯；（4）干燥：将压制好的陶瓷生坯放入60-300℃干燥箱中干燥；（5）烧结：将生坯放入真空烧结中，1800-2200℃下反应烧结获得SiC-TiB2导电陶瓷材料；（6）加工：烧结好的导电碳化硅陶瓷材料可以通过线切割加工、机械加工和研磨抛光加工成各种部件。上述步骤(1)中，SiC粉平均粒度为0.4-3μm，纯度大于98%；B4C粉平均粒度为0.4-5μm，纯度大于96%；TiB2粉平均粒度为1-5μm，纯度大于99%。上述的步骤(1)中，Ti源可以是Ti粉、TiCl4、TiO2粉、钛酸丁酯。上述的步骤(1)中，碳源可以是酚醛树脂、绵白糖、炭黑、石墨烯。上述的步骤(1)中，结合剂可以是酚醛树脂、PVA、PVB或其它有机胶。上述的步骤(1)中，液体介质可以是去离子水或丙酮、乙醇等其它有机溶剂。上述的步骤(1)中，SiC粉、B4C粉、钛源、碳源、TiB2粉的质量配比为(40-80):(8-30):(20-70):(15-60):(25-55)。上述的步骤(2)中，过筛造粒中筛网规格为40-100目。上述的步骤(3)中，模压成型的压力为50-250MPa。上述的步骤(4)中，此步骤的目的是防止在步骤(5)中烧结的初期由于生坯内水分过多剧烈蒸发形成气孔，不利于基体的致密化。上述的步骤(6)中，反应烧结升温时，在1400-1800℃保温30-120min；达到烧结温度时，保温30-240min。本专利技术的一种电阻可控碳化硅陶瓷的制备方法，该方法通过将原料与无水乙醇球磨成均一浆料，经干燥、研磨粉碎、过筛造粒后，再经压力机模压成型，最后通过高温真空反应烧结获得具有卓越的导电性能且电阻率可调、化学稳定性高、抗高温氧化、耐磨损、综合力学性能优异的碳化硅/二硼化钛复合导电陶瓷。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：（1）本专利技术的一种电阻可控碳化硅陶瓷的制备方法，原料钛源、B4C粉、碳源通过反应烧结，在碳化硅陶瓷基体中原位反应生成TiB2（电阻率约为1.4×10-7Ω·m，接近金属铝的电阻率），与原料中的TiB2相结合，可显著降低碳化硅复合陶瓷的电阻率，具有卓越的导电性能，所得到的电阻可控碳化硅陶瓷的电阻率为1.7×10-3-7.6×10-3Ω·m；（2）本专利技术的一种电阻可控碳化硅陶瓷的制备方法，TiB2第二相的引入，起到颗粒强化作用，可明显改善碳化硅复合陶瓷的抗弯强度、断裂韧性和维氏硬度；所得到的电阻可控碳化硅陶瓷，弯曲强度为342-418MPa，断裂韧性为3.57-5.73MPa·m1/2，维氏硬度为23.52-28.92GPa；（3）本专利技术的一种电阻可控碳化硅陶瓷的制备方法，陶瓷原料成分为SiC和TiB2以及B4C粉、钛源、碳源，高温烧结时，B4C粉、钛源、碳源发生反应，例如：B4C+TiO2+C→TiB2+CO，CO气体排出，得到致密化陶瓷，相对密度为90.12-96.34%，孔隙率低，普遍低于6%；（4）本专利技术的一种电阻可控碳化硅陶瓷的制备方法，采用反应烧结工艺，可以制备出电阻率可调，形状可塑的产品，工艺简单，对设备要求度低，便于大规模自动化生产，产品成本低且性能高，具有巨大的市场实用价值；（5）本专利技术的一种电阻可控碳化硅陶瓷的制备方法，在碳化硅陶瓷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电阻可控碳化硅陶瓷，其特征在于，/n所述电阻可控碳化硅陶瓷，原料包括：SiC粉、B

【技术特征摘要】
1.一种电阻可控碳化硅陶瓷，其特征在于，
所述电阻可控碳化硅陶瓷，原料包括：SiC粉、B4C粉、钛源、碳源、TiB2粉。


2.根据权利要求1所述的一种电阻可控碳化硅陶瓷，其特征在于，
所述原料，SiC粉、B4C粉、钛源、碳源、TiB2粉的质量配比为(40-80):(8-30):(20-70):(15-60):(25-55)。


3.一种电阻可控碳化硅陶瓷的制备方法，其特征在于，
所述方法包括：配料、过筛造粒、模压成型、干燥、烧结。


4.根据权利要求3所述的一种电阻可控碳化硅陶瓷的制备方法，其特征在于，
所述配料，将SiC粉、B4C粉、钛源、碳源、TiB2粉、结合剂与液体介质一起混合成浆料，在球磨罐中球磨。


5.根据权利要求3所述的一种电阻可控碳化硅陶瓷的制备方法，其特征在于，
所述的配料中，SiC粉平均粒度为0.4-3μm，纯度大于98%；B4C粉平均粒度为0.4-5μm，...

【专利技术属性】
技术研发人员：茹红强，孙卫康，汤志强，李庆春，王春华，
申请(专利权)人：山东东大新材料研究院有限公司，深圳市东陶新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37