通过碳源改性和反应熔渗制备硅化石墨的方法及硅化石墨技术

本发明专利技术公开了一种通过碳源改性和反应熔渗制备硅化石墨的方法及硅化石墨，通过球形石墨与树脂进行混合，固化炭化得到改性过的碳颗粒，即resin

【技术实现步骤摘要】
通过碳源改性和反应熔渗制备硅化石墨的方法及硅化石墨


[0001]本专利技术属于无机非金属材料制备的
，特别涉及了一种通过碳源改性和反应熔渗制备硅化石墨的方法及硅化石墨。

技术介绍

[0002]硅化石墨复合材料由碳、碳化硅、硅三相复合而成，不仅具有碳/石墨材料的自润滑性、良好的导电导热性能、优异的高温强度和良好的抗热震性等优点，还具有碳化硅的高强度、高硬度、耐氧化及耐腐蚀等一系列特性，因此广泛应用于轴承轴瓦、机械密封、热结构材料和热电偶保护管等领域。目前制备硅化石墨复合材料的方法主要有：化学气相渗透法、化学气相反应法、先驱体浸渍裂解法和反应熔渗法等。反应熔渗法制备硅化石墨陶瓷具有成型简单、烧结温度低、一次烧结致密、烧结速度快、近净尺寸等优点。但由于高温下硅碳接触角很小，反应十分剧烈，一般的碳源极易与液硅反应生成碳化硅，从而导致硅化石墨材料中碳相含量较少。因此反应熔渗法制备硅化石墨材料的关键在于如何有效保留硅化石墨材料中的碳相，使其发挥自润滑性能。

技术实现思路

[0003]为解决现有技术中存在的上述缺陷，本专利技术的目的在于保留反应熔渗法制备硅化石墨材料中碳相，设计出一种低成本、有效的碳源处理方法，从而实现高碳含量的硅化石墨的制备。
[0004]本专利技术是通过下述技术方案来实现的。
[0005]本专利技术一方面提供了一种通过碳源改性和反应熔渗制备硅化石墨的方法，包括以下步骤：
[0006]1)将球形石墨与液态酚醛树脂进行机械混合，将混合均匀的物料放入烘箱中分段加热固化；<br/>[0007]2)固化后的物料在保护性气氛下进行炭化，保温后，破碎得到树脂炭包覆的球形石墨resin
‑
C@G颗粒；
[0008]3)以乙醇为溶剂，将resin
‑
C@G颗粒、中间相碳微球和酚醛树脂进行球磨，再将混合好的浆料进行干燥得到resin
‑
C@G复合碳源；
[0009]4)以蒸馏水为介质，将resin
‑
C@G复合碳源、聚丙烯酸树脂进行混合干燥，得到resin
‑
C@G复合粉体；
[0010]5)将resin
‑
C@G复合粉体预压成型，预压后进行冷等静压成型，得到坯体；
[0011]6)将坯体进行炭化，炭化，保温，得到多孔炭坯体；
[0012]7)将多孔炭坯体放在硅颗粒上，再加入一层硅颗粒使得生坯被硅颗粒完全包埋，将其进行反应熔渗，烧结，保温，随炉冷却至室温，即得到硅化石墨材料。
[0013]作为优选，球形石墨与液态酚醛树脂按照质量比为55～65％：35～45％。
[0014]作为优选，分段加热固化为70℃加热2h，升温至150℃加热4h。
[0015]作为优选，炭化温度为800
‑
1200℃，保温时间为2
‑
4h，升温速率为1℃/min，保护性气氛为氮气或氩气。
[0016]作为优选，resin
‑
C@G颗粒与中间相碳微球的质量比为2：1；酚醛树脂的添加量为中间相碳微球的10wt.％。
[0017]作为优选，中间相碳微球与乙醇、resin
‑
C@G颗粒和酚醛树脂的球料比为3
‑
4：1，在转速为400
‑
600rpm/min下球磨4
‑
6h；混合浆料干燥温度为40
‑
60℃。
[0018]作为优选，聚丙烯酸树脂的添加量为resin
‑
C@G复合碳源总质量的30
‑
35％。
[0019]作为优选，复合粉体预压的压力为30
‑
40MPa，保压时间为20
‑
40s，预压后进行冷等静压，压力为50
‑
60MPa，保压时间为2
‑
5min。
[0020]作为优选，坯体炭化温度为800
‑
1200℃，保温时间为2
‑
4h。
[0021]作为优选，熔渗烧结温度为1450
‑
1650℃，保温时间为10
‑
20min。
[0022]本专利技术另一方面提供了一种所述方法制备得到的通过碳源改性和反应熔渗制备硅化石墨。
[0023]本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：
[0024]采用球形石墨与树脂混合、固化、炭化及破碎后制备得到一种树脂炭包覆球形石墨(即resin
‑
C@G)颗粒，然后通过反应熔渗法制备硅化石墨材料。由于硅碳反应十分剧烈，未处理过的各种碳源在反应熔渗中难以保留下来，而当以碳源与液态树脂相以一定比例混合制备得到的resin
‑
C@G颗粒作为碳源，由于球形石墨被致密的树脂炭包覆，在反应熔渗中形成致密的碳化硅层阻止碳硅的进一步反应，有效控制硅化石墨中碳相的含量，提高材料的自润滑性能。
[0025]本专利技术通过球形石墨与树脂进行混合，固化炭化得到改性过的碳颗粒，树脂炭化后的树脂碳一方面可以粘结小颗粒，另一方面树脂碳十分致密，在球形石墨的表面形成一层致密的树脂炭，因此在反应熔渗过程中，碳颗粒的表面会形成一层连续的碳化硅壳，阻止硅碳的进一步反应，实现硅化石墨材料中的碳相的保存。本专利技术制备的硅化石墨的碳含量达到18～33vol.％，密度达2.6～2.8g
·
cm
‑3，开气孔率小于1％。
[0026]另外，制备方法中所使用的原料价格低廉，制备方法简单，生产周期相对较短，且不需要经历长时间的高温等高能耗工艺。制备得到的硅化石墨材料十分致密，碳含量较高，重复性高，在化工、冶金及航空航天、核能等领域具有广泛的应用前景。
附图说明
[0027]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术的不当限定，在附图中：
[0028]图1是本专利技术实施例2制备的硅化石墨的XRD图；
[0029]图2是本专利技术实施例2制备的硅化石墨的SEM图。
具体实施方式
[0030]下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本专利技术，在此本专利技术的示意性实施例以及说明用来解释本专利技术，但并不作为对本专利技术的限定。
[0031]本专利技术实施例提供的一种通过碳源改性和反应熔渗制备硅化石墨的方法，包括：
[0032]1)将球形石墨与液态酚醛树脂按照质量比为55～65％：35～45％进行机械混合，将混合均匀的物料放入烘箱中分段加热固化，70℃加热2h，升温至150℃加热4h。
[0033]2)固化后的物料放入管式炉中，在保护性气氛氮气或氩气下进行炭化，炭化温度为800
‑
1200℃，保温时间为2
‑
4h，升温速率为1℃/min，保温后，破碎得到树脂炭包覆的球形石墨resin
‑
C@G颗粒；
[0034]3)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通过碳源改性和反应熔渗制备硅化石墨的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将球形石墨与液态酚醛树脂进行机械混合，将混合均匀的物料放入烘箱中分段加热固化；2)固化后的物料在保护性气氛下进行炭化，保温后，破碎得到树脂炭包覆的球形石墨resin
‑
C@G颗粒；3)以乙醇为溶剂，将resin
‑
C@G颗粒、中间相碳微球和酚醛树脂进行球磨，再将混合好的浆料进行干燥得到resin
‑
C@G复合碳源；4)以蒸馏水为介质，将resin
‑
C@G复合碳源、聚丙烯酸树脂进行混合干燥，得到resin
‑
C@G复合粉体；5)将resin
‑
C@G复合粉体预压成型，预压后进行冷等静压成型，得到坯体；6)将坯体进行炭化，炭化，保温，得到多孔炭坯体；7)将多孔炭坯体放在硅颗粒上，再加入一层硅颗粒使得生坯被硅颗粒完全包埋，将其进行反应熔渗，烧结，保温，随炉冷却至室温，即得到硅化石墨材料。2.根据权利要求1所述的通过碳源改性和反应熔渗制备硅化石墨的方法，其特征在于，球形石墨与液态酚醛树脂按照质量比为55～65％：35～45％进行机械混合，分段加热固化为70℃加热2h，升温至150℃加热4h。3.根据权利要求1所述的通过碳源改性和反应熔渗制备硅化石墨的方法，其特征在于，炭化温度为800
‑
1200℃，保温时间为2
‑
4h，升温速率为1℃/min，保护性气氛为氮气或氩气。4.根据权利要求1所述的通过碳源改性和反应熔渗制备硅化石墨的方法，其特征在于，resin
‑
C@G颗粒与中间相碳微球的质量比为2：1；酚醛树脂的添加量为中间相碳微球...

【专利技术属性】
技术研发人员：王继平，薛蓉，王梓璇，蔺浩然，史忠旗，王波，夏鸿雁，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：