一种碳化硅陶瓷片及其制备方法技术

本发明专利技术涉及碳化硅陶瓷片生产技术领域，具体为一种碳化硅陶瓷片及其制备方法；所述碳化硅陶瓷片按重量份计，由以下原料制成：38～45份碳化硅粉末、20～27份硅粉、16～20份改性碳纤维、2～6份氮化硅、3～5份纳米氮化铝粉、12～15份酚醛树脂、4～7份石墨粉、7～12份稳定助剂及1.2～1.8份烧结助剂；本发明专利技术中的改性碳纤维表面的纳米填充剂本身具有多孔及球状的特殊结构，使得所制备的改性碳纤维本身的力学性能不仅得到有效地增强，而且其本身的耐磨性能及散热性能也得到了显著地提高。最终使得所制备碳化硅陶瓷片不仅具有较为优良的力学性能，而且还具有较好的耐磨性能及散热性能，有效地保证了其品质与质量。证了其品质与质量。

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅陶瓷片及其制备方法


[0001]本专利技术涉及陶瓷生产
，具体为一种碳化硅陶瓷片及其制备方法。

技术介绍

[0002]陶瓷是陶器与瓷器的统称，传统陶瓷又称普通陶瓷，是以粘土等天然硅酸盐为主要原料烧成的制品，现代陶瓷又称新型陶瓷、精细陶瓷或特种陶瓷。常用非硅酸盐类化工原料或人工合成原料，如氧化物（氧化铝、氧化锆、氧化钛等）和非氧化物（氮化硅、碳化硼等）制造。陶瓷具有优异的绝缘、耐腐蚀、耐高温、硬度高、密度低、耐辐射等诸多优点，已在国民经济各领域得到广泛应用。传统陶瓷制品包括日用陶瓷、建筑卫生陶瓷、工业美术陶瓷、化工陶瓷、电气陶瓷等，种类繁多，性能各异。随着高新技术工业的兴起，各种新型特种陶瓷也获得较大发展，陶瓷已日趋成为卓越的结构材料和功能材料。它们具有比传统陶瓷更高的耐温性能，力学性能，特殊的电性能和优异的耐化学性能。
[0003]由于陶瓷具有高强度、高硬度、耐腐蚀、高耐磨性和重量轻的特点而被广泛应用于工业及军工领域中。目前市售的陶瓷片虽然具有较好的力学性能，但是其本身的耐磨性能及散热性能相对不足，这在一定程度上影响了其品质与质量。
[0004]因此，本专利技术提供一种碳化硅陶瓷片及其制备方法，用于解决上述所提出的相关技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种碳化硅陶瓷片及其制备方法，所制备的碳化硅陶瓷片不仅具有较为优良的力学性能，而且还具有较好的耐磨性能及散热性能，有效地保证了其品质与质量。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种碳化硅陶瓷片，所述碳化硅陶瓷片按重量份计，由以下原料制成：38～45份碳化硅粉末、20～27份硅粉、16～20份改性碳纤维、2～6份氮化硅、3～5份纳米氮化铝粉、12～15份酚醛树脂、4～7份石墨粉、7～12份稳定助剂及1.2～1.8份烧结助剂。
[0007]更进一步地，所述改性碳纤维的制备方法包括以下步骤：Ⅰ、向浓度为50～60%的乙醇水溶液中加入质量为其4～8%的3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷，超声振荡处理80～120min后得到浸渍液；按0.2～0.4g/mL的固液比将活化处理的碳纤维浸渍在浸渍液中，然后向其中加入质量为活化处理的碳纤维15～30%的纳米填充剂，所得混合组分于55～65℃的条件下超声保温反应4～6h；待反应完毕后，依次对所得的生成物组分进行过滤处理及乙醇洗涤2～3次，然后将之置于烘箱中进行干燥处理；所得记为初步改性碳纤维；Ⅱ、按0.1～0.2mg/mL的用量比将2，3
‑
环氧丙基丙基三甲氧基硅烷溶解在浓度为70～80%的乙醇水溶液中使之充分水解，所得分散液保存，备用；然后将所得分散液缓慢滴入体积为其2～4倍、温度为45～55℃、浓度为0.3～0.6mg/mL羟基化的碳纳米管水溶液，并
在此温度下保温反应4～7h；待反应完毕后，对所得生成物组分进行过滤及干燥处理，所得改性碳纳米管保存、备用；Ⅲ、按0.05～0.08g/mL的用量比将初步改性碳纤维浸渍在含有5～10%的改性碳纳米管的甲苯溶液中，并于80～90℃的温度下保温搅拌反应5～7h；待反应完毕后对所得反应产物进行过滤处理，所得滤料经乙醇洗涤2～3次后进行干燥处理，所得即为改性碳纤维成品。
[0008]更进一步地，所述碳纤维的活化处理工序为：将碳纤维用丙酮清洗处理后按0.15～0.35g/mL的固液比将清洗后的碳纤维浸渍在浓度为60～70%、温度为70～80℃的浓硝酸中浸渍处理3～5h；待浸渍完毕后，用去离子水将之洗涤至中性，然后将其转入真空干燥箱中进行干燥处理，即完成了碳纤维的活化处理。
[0009]更进一步地，所述纳米填充剂的制备方法包括以下步骤：
ⅰ
、按0.01～0.02g/mL的固液比将粒径为5μm的单分散多孔聚甲基丙烯酸缩水甘油酯微球超声分散于适量的去离子水中，然后向其中加入质量为聚甲基丙烯酸缩水甘油酯微球1.5～2.5倍的1，2
‑
二氨基乙烷，混合分散均匀后于70～80℃的条件下保温反应12～15h；待反应完毕，对所得产物进行抽滤及水洗至中性后，再用乙醇洗涤3～4次，最后于50～60℃烘箱中进行干燥处理，所得即为模板材料；
ⅱ
、将适量的模板材料投入反应设备中，然后按0.3～0.6g/mL的固液比将硝酸氧锆充分溶解在适量的去离子水中，所得记为第一溶液；将硝酸铈铵均匀溶解在质量为其4～6倍的去离子水中，所得记为第二溶液；
ⅲ
、按多孔聚甲基丙烯酸缩水甘油酯微球、硝酸氧锆及硝酸铈铵的质量比为0.5～10：1：0.3～0.8的用量标准将适量第一溶液及第二溶液倒入盛有模板材料的反应设备中，并向反应设备中加入体积为第二溶液1.0～1.5倍的无水乙醇，超声分散至无明显大块固体物料，然后将所得混合相于80～90℃的烘箱中干燥处理9～12h；干燥完毕后，将之转入马弗炉中并以1～3℃/min的速度将炉温升至560～600℃，并在此温度下高温煅烧10～15h，然后将其自然冷却至室温，所得固体物料记为纳米填充剂。
[0010]更进一步地，所述碳纤维直径为6～10μm，长度为80～200μm；所述碳纳米管的内径为1～3 nm，长度为0.2～0.5μm。
[0011]更进一步地，所述碳化硅粉末的粒径为8μm≤d50≤15μm，硅粉的粒径为3μm≤d50≤8μm，纳米氮化铝粉、石墨粉的粒径为15～30nm。
[0012]更进一步地，所述稳定助剂由云母粉及氧化钕按照质量比4～8：1混合制备而成；且所述氧化钕及云母粉的粒径均为0.2～0.6μm。
[0013]更进一步地，所述烧结助剂由蒙脱土及氧化镁按质量比0.4～0.7：1混合制备而成；且所述蒙脱土及氧化镁的粒径均为0.1～0.3μm。
[0014]更进一步地，所述氮化硅的粒径为0.6～1.5μm，且酚醛树脂中的固含量≥55%。
[0015]一种碳化硅陶瓷片的制备方法，包括以下步骤：步骤一、按权利要求1的用料配比分别称取各原料，然后将各原料进行混合，所得混合物料转入球磨机中，在氩气气氛的保护下对混合物料进行球磨处理12～16h；然后对球磨后所得的各物料进行干燥处理使之形成固溶体粉末，将之保存、备用；步骤二、将所得的固溶体粉末转入石墨模具中，并在6～11MPa压力下对固溶体粉
末进行预紧处理8～23s；固溶体粉末于27～38MPa的压强下冷压成型处理8～13min，所得碳化硅陶瓷片坯材保存、备用；步骤三、将烧结炉内部抽至真空度为1.2*10
‑2～1.5*10
‑2Pa，然后将步骤二所得碳化硅陶瓷片坯材与石墨模具一同置于烧结炉内进行真空热压烧结成型；其中，烧结温度为1550～1650℃，并于该温度下保温处理18～25min，且烧结过程中保持烧结压力为47～58MPa，保压时间为 45～65min；步骤四、烧结完毕后，将碳化硅陶瓷片自然冷却至室温后取出并对其表面进行清理，最终所得即为碳化硅陶瓷片片成品。
[0016]与现有技术相比本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅陶瓷片，其特征在于，所述碳化硅陶瓷片按重量份计，由以下原料制成：38～45份碳化硅粉末、20～27份硅粉、16～20份改性碳纤维、2～6份氮化硅、3～5份纳米氮化铝粉、12～15份酚醛树脂、4～7份石墨粉、7～12份稳定助剂及1.2～1.8份烧结助剂。2.根据权利要求1中所述的一种碳化硅陶瓷片，其特征在于，所述改性碳纤维的制备方法包括以下步骤：Ⅰ、向浓度为50～60%的乙醇水溶液中加入质量为其4～8%的3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷，超声振荡处理80～120min后得到浸渍液；按0.2～0.4g/mL的固液比将活化处理的碳纤维浸渍在浸渍液中，然后向其中加入质量为活化处理的碳纤维15～30%的纳米填充剂，所得混合组分于55～65℃的条件下超声保温反应4～6h；待反应完毕后，依次对所得的生成物组分进行过滤处理及乙醇洗涤2～3次，然后将之置于烘箱中进行干燥处理；所得记为初步改性碳纤维；Ⅱ、按0.1～0.2mg/mL的用量比将2，3
‑
环氧丙基丙基三甲氧基硅烷溶解在浓度为70～80%的乙醇水溶液中使之充分水解，所得分散液保存，备用；然后将所得分散液缓慢滴入体积为其2～4倍、温度为45～55℃、浓度为0.3～0.6mg/mL羟基化的碳纳米管水溶液，并在此温度下保温反应4～7h；待反应完毕后，对所得生成物组分进行过滤及干燥处理，所得改性碳纳米管保存、备用；Ⅲ、按0.05～0.08g/mL的用量比将初步改性碳纤维浸渍在含有5～10%的改性碳纳米管的甲苯溶液中，并于80～90℃的温度下保温搅拌反应5～7h；待反应完毕后对所得反应产物进行过滤处理，所得滤料经乙醇洗涤2～3次后进行干燥处理，所得即为改性碳纤维成品。3.根据权利要求2中所述的一种碳化硅陶瓷片，其特征在于，所述碳纤维的活化处理工序为：将碳纤维用丙酮清洗处理后按0.15～0.35g/mL的固液比将清洗后的碳纤维浸渍在浓度为60～70%、温度为70～80℃的浓硝酸中浸渍处理3～5h；待浸渍完毕后，用去离子水将之洗涤至中性，然后将其转入真空干燥箱中进行干燥处理，即完成了碳纤维的活化处理。4.根据权利要求2中所述的一种碳化硅陶瓷片，其特征在于，所述纳米填充剂的制备方法包括以下步骤：
ⅰ
、按0.01～0.02g/mL的固液比将粒径为5μm的单分散多孔聚甲基丙烯酸缩水甘油酯微球超声分散于适量的去离子水中，然后向其中加入质量为聚甲基丙烯酸缩水甘油酯微球1.5～2.5倍的1，2
‑
二氨基乙烷，混合分散均匀后于70～80℃的条件下保温反应12～15h；待反应完毕，对所得产物进行抽滤及水洗至中性后，再用乙醇洗涤3～4次，最后于50～60℃烘箱中进行干燥处理，所得即为模板材料；
ⅱ
、将适量的模板材料投入反应设备中，然后按0.3～0.6g/...

【专利技术属性】
技术研发人员：高敏，王宁宁，章益兵，
申请(专利权)人：铜陵优必胜新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：