一种等离子点火用SiC半导体材料、制备方法及电嘴技术

本发明专利技术涉及导体材料制备领域，涉及一种等离子点火用SiC半导体材料、制备方法及电嘴，该材料按质量比30～70％的SiC粉末、10～20％的ZrO2粉末、10～30％的莫来石粉末和10～30％的复合烧结助剂粉末；通过在复合烧结助剂粉末中添加Lu2O3、Yb2O3、Y2O3和La2O3，使材料可耐受1500～1600℃的高温，且具有良好的抗离子侵蚀的能力；结合ZrO2的添加提高材料的力学性能和可靠性；添加Lu2O3可改善材料的电性能；高体积分数的SiC，使得利用该材料制备的半导体电嘴具有低的发火电压，高的火花能量；材料开气孔率极低，提升耐火花腐蚀性；材料内部具有一定的闭气孔，可提高抗热冲击性能。解决SiC半导体材料制备的电嘴存在耐高温性能差、耐电火花腐蚀性能不足、以及耐热冲击性能不足的问题。以及耐热冲击性能不足的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种等离子点火用SiC半导体材料、制备方法及电嘴


[0001]本专利技术涉及导体材料制备领域，具体为一种等离子点火用SiC半导体材料、制备方法及电嘴。

技术介绍

[0002]半导体电嘴是航空发动机点火系统的重要部件，它的功能是将点火装置产生的高压电能脉冲在其端部转化成电火花，以点燃发动机燃烧室内可燃混合气体。外加电压下，半导体在表面电流集中的狭窄通放电，从而使导体部件表面发热温度升高。由于半导体材料的不均匀性和负温度效应，半导体部件表面电阻迅速减小，电流密度迅速增大到临界值，最终在半导体部件表面的通导部位电离周围介质，在侧电极和中心电极之间形成“雪崩”式的电容放电，即电火花。因此，半导体部件性能的优劣直接关系到半导体电嘴的工作稳定性和可靠性。半导体电嘴的发火电压低，火花能量大，发火延迟短，可确保宽环境条件下的长期运行可靠性。
[0003]SiC半导体陶瓷复合材料构成的低压高能点火系统具有发火电压低，火花能量大、不受气压和环境介质的影响，耐热冲击、耐电火花的腐蚀，熄灭再启动、高空性能好等优良性能，可用作航空发动机和燃气轮机的点火电嘴。但是现有技术中的SiC半导体材料制备的电嘴存在耐高温性能差、耐电火花腐蚀性能不足、以及耐热冲击性能不足的问题，阻碍了其在航空发动机和燃气轮机领域的发展。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的SiC半导体材料制备的电嘴存在耐高温性能差、耐电火花腐蚀性能不足、以及耐热冲击性能不足的问题，本专利技术提供一种等离子点火用SiC半导体材料、制备方法及电嘴。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0006]本专利技术提供一种等离子点火用SiC半导体材料，所述SiC半导体材料按质量比包括以下原料组分：30～70％的SiC粉末、10～20％的ZrO2粉末、10～30％的莫来石粉末和10～30％的复合烧结助剂粉末；
[0007]其中，所述复合烧结助剂粉末按体积比计包括50～70％的SiO2、10～30％的Lu2O3、1～5％的Yb2O3、1～5％的La2O3、1～5％的Y2O3、1～5％的MgO、1～5％的Na2O和1～5％的K2O。
[0008]优选地，K2O和Na2O均以碳酸盐的形式引入。
[0009]本专利技术提供一种如上述的等离子点火用SiC半导体材料的制备方法，包括以下步骤：
[0010]S1：制备复合燃烧助剂粉末；
[0011]S2：利用复合燃烧助剂粉末制备SiC半导体复合粉末；
[0012]S3：将SiC半导体复合粉末放入热压石墨模具中预压成型；
[0013]S4：将压有SiC半导体复合粉末的热压石墨模具升温烧结，得到等离子点火用SiC
半导体材料。
[0014]进一步地，S1的具体操作为：
[0015]按照体积配比将50～70％的SiO2、10～30％的Lu2O3、1～5％的Yb2O3、1～5％的La2O3、1～5％的Y2O3、1～5％的MgO、1～5％的Na2O和1～5％的K2O混合均匀形成混合料；
[0016]将混合料进行升温、保温、随炉冷却，研磨过筛，得到复合烧结助剂粉末。
[0017]优选地，升温温度为1000～1200℃，升温速率为50℃/min，保温时间为1～6h。
[0018]优选地，S3中预压成型的压力为60～80MPa，预压成型后的产物的相对密度为92％～94％。
[0019]优选地，S4中升温烧结的条件为：真空至3.2
×
10
‑3Pa，填充氩气，从室温升温至1600～1800℃，在20～50MPa轴向压力进行热压烧结，保温时间为0.5～3h。
[0020]优选地，氩气的气氛压力为0.1～0.8Mpa，从室温升温至1600～1800℃的升温速率为5℃/min。
[0021]优选地，S4中升温烧结采用定模热压烧结法，所获得的烧结产物的闭气孔为6％～8％。
[0022]本专利技术还提供一种利用上述的SiC半导体材料制备的电嘴，所述电嘴的开气孔率为0.001～0.009，比气孔率为0.061～0.081，体积密度为3.098～3.237g
·
cm
‑1，绝缘电阻为21～58KΩ，点火电压为550～700V。
[0023]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0024]本专利技术一种等离子点火用SiC半导体材料，采用稀土氧化物混合制备复合烧结助剂，由于添加高含量的Lu2O3、Yb2O3、Y2O3和La2O3，使得材料可耐受1500～1600℃的高温，且具有良好的抗离子侵蚀的能力；原料中添加ZrO2陶瓷颗粒，可通过ZrO2的相变增强补韧可提高材料的力学性能和可靠性；添加Lu2O3可改善材料的电性能；另外，由于具有较高体积分数的SiC，使得利用该材料制备的半导体电嘴具有低的发火电压，高的火花能量；材料开气孔率极低，可防止油气点燃后产生的表面积碳问题，提升耐火花腐蚀性；材料内部具有一定的闭气孔，可提高SiC材料的抗热冲击性能，防止材料多次点火后开裂、变形或失效，提升稳定性。
[0025]本专利技术提供一种如上述材料的制备方法，该方法制备工艺简单，易于操作，可通过成分设计和调整烧结温度、成型压力和保温时间等工艺参数，获取微观形貌可控的SiC半导体电嘴材料，适宜产业化。
[0026]本专利技术还提供一种利用上述材料制备电嘴，所述电嘴的开气孔率为0.001～0.009，比气孔率为0.061～0.081，体积密度为3.098～3.237g
·
cm
‑1，绝缘电阻为21～58KΩ，点火电压为550～700V，可在1500～1600℃的高温下使用，且具有良好的抗离子侵蚀的能力、低的发火电压，高的火花能量、耐冲击性能好性能稳定的特点。
附图说明
[0027]图1为本专利技术的等离子点火用SiC半导体材料放大1000倍的SEM的示意图。
[0028]图2为本专利技术的等离子点火用SiC半导体材料放大4000倍的SEM的示意图。
具体实施方式
[0029]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0030]因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0031]应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0032]在本专利技术实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种等离子点火用SiC半导体材料，其特征在于，所述SiC半导体材料按质量比包括以下原料组分：30～70％的SiC粉末、10～20％的ZrO2粉末、10～30％的莫来石粉末和10～30％的复合烧结助剂粉末；其中，所述复合烧结助剂粉末按体积比计包括50～70％的SiO2、10～30％的Lu2O3、1～5％的Yb2O3、1～5％的La2O3、1～5％的Y2O3、1～5％的MgO、1～5％的Na2O和1～5％的K2O。2.根据权利要求1所述的等离子点火用SiC半导体材料，其特征在于，K2O和Na2O均以碳酸盐的形式引入。3.一种如权利要求1或2所述的等离子点火用SiC半导体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：制备复合燃烧助剂粉末；S2：利用复合燃烧助剂粉末制备SiC半导体复合粉末；S3：将SiC半导体复合粉末放入热压石墨模具中预压成型；S4：将压有SiC半导体复合粉末的热压石墨模具升温烧结，得到等离子点火用SiC半导体材料。4.根据权利要求3所述的等离子点火用SiC半导体材料的制备方法，其特征在于，S1的具体操作为：按照体积配比将50～70％的SiO2、10～30％的Lu2O3、1～5％的Yb2O3、1～5％的La2O3、1～5％的Y2O3、1～5％的MgO、1～5％的Na2O和1～5％的K2O混合均匀形成混合料；将混合料进行升温、保温、随炉冷却，研磨过筛，得到复合烧结助剂粉末。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：王波，牛垚，余杨，徐娇倩，周小楠，杨建锋，史忠旗，王继平，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：