一种用于陶瓷探针的碳化硅复合陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种用于陶瓷探针的碳化硅复合陶瓷材料，按重量份计，原料包括氮化硅30

【技术实现步骤摘要】
一种用于陶瓷探针的碳化硅复合陶瓷材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及陶瓷材料
，具体设计一种用于陶瓷探针的碳化硅复合陶瓷材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]导电陶瓷是指在一定条件(温度、压力)下具有电子(或空穴)电导或离子电导的陶瓷。导电陶瓷属于新型功能特种陶瓷，是一类基础性材料，既有陶瓷的各种性质，如抗氧化性、耐高温、耐腐蚀、低成本、机械性能好等特点，又具有金属态的导电特性。其电阻率可以在较大范围内调整，因此在许多特殊环境与场合得到应用，如现代国防和国民经济，在镀铝工业用的蒸发舟、高速列车的受电弓、固体燃料电池电极、气敏元件、电火花加工等诸多领域，是其他材料所不能比拟的。
[0003]中国专利201510628153.5中公开了一种导电陶瓷，本专利技术公开了一种导电陶瓷材料及其制备方法，上述导电陶瓷材料，由包含以下重量份的组分制成：三氧化铝65
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70份、锂辉石25
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30份、铁氧体5
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8份、碳化钛2
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5份、三氧化二锑2
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3份、纳米碳化硅粉末1
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2份、聚硅酸铝铁1
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2份、碳酸锶0.5
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1份、钛酸四丁脂0.5
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1份和过硫酸铵0.02
‑
0.8份。本专利技术还提供了一种导电陶瓷材料的制备方法。但该材料存在着电阻率不均匀，导电率低，耐高温和化学稳定性能差等问题。
[0004]中国专利技术专利CN03139036.6中公开了一种导电陶瓷，通过在陶瓷基料中添加非金属导电材料，经高温烧制后得到中间层具有导电层的陶瓷材料，但该材料存在着电阻率不均匀，易吸潮，高温老化速度快的问题。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术提供一种用于陶瓷探针的碳化硅复合陶瓷材料，通过使用特定的氮化硅、碳化硅等原料成分复配，并添加特定的金属氧化物和粘结剂等成分，制得的碳化硅陶瓷材料具有结构致密、粒径均匀、电阻率均匀，导电率高的优点；且化学稳定性高、耐磨性好、耐高温能力强，使用寿命长。
[0006]本专利技术提供一种用于陶瓷探针的碳化硅复合陶瓷材料，按重量份计，原料包括氮化硅30
‑
50份、碳化硅40
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60份、金属氧化物5
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8份、氮化铝3
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5份、粘结剂5
‑
15份。
[0007]优选的，所述氮化硅为粒径D50为100nm～1.0μm的氮化硅和1nm～100nm的氮化硅。
[0008]进一步优选的，所述粒径D50为100nm～1.0μm的氮化硅和1nm～100nm的氮化硅的质量比为3
‑
5:1。
[0009]优选的，所述碳化硅为粒径为200
‑
400目的碳化硅。
[0010]优选的，所述金属氧化物为氧化镁、氧化铝、氧化钇、氧化铈中的一种或多种混合。
[0011]进一步优选的，所述金属氧化物为氧化钇。
[0012]优选的，所述氧化钇的粒度d50小于1微米。
[0013]优选的，所述氮化硅和氧化钇的质量比为5
‑
8:1。
[0014]专利技术人在实验中发现，将特定的氮化硅和碳化硅配合使用时，特别是当同时添加有氧化钇时，能有效提高陶瓷材料的致密性和电导率，制得的陶瓷材料具有优异的强度、韧性和导电性。专利技术人分析，可能是由于当使用氮化硅掺杂的碳化硅材料时，N原子会优先占据C原子的位置，会形成一个正电荷和一个多余的价电子，多余的价电子被束缚在正电荷周围，但只需要很少的能量即可打破束缚，使得价电子成为导电电子在晶格中自由运动，而失去一个价电子的N原子会成为N
+
。从而使碳化硅具有导电特性，降低材料的电阻率。
[0015]与此同时，专利技术人发现，特别当添加有氧化钇且氮化硅和氧化钇的质量比为5
‑
8:1时，能进一步提高电导率。可能是由于同时添加的氮化硅和氧化钇能够一直陶瓷材料中的碳化硅的β相向α相的相变发生，进而降低电阻率。但是若氮化硅或氧化钇含量过高，反而会影响碳化硅的强度和韧性等力学性能。专利技术人分析，可能是由于若氧化钇等含量过多，会使得晶粒长大出现二次结晶等情况，影响陶瓷材料的致密性和粒径均匀度，从而影响其强度等力学性能。
[0016]优选的，所述粘结剂为PVA、PVB、环氧树脂、酚醛树脂、纤维素中的一种或多种混合。
[0017]优选的，所述粘结剂为环氧树脂。
[0018]优选的，所述用于陶瓷探针的碳化硅复合陶瓷材料还含有碳化钛。
[0019]优选的，所述碳化钛为20
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30份。
[0020]进一步优选的，所述碳化钛的纯度＞98％，粒径＜10μm。
[0021]本专利技术第二方面提供一种用于陶瓷探针的碳化硅复合陶瓷材料的制备方法，具体步骤如下：
[0022]S1、混合：将除粘结剂外的原料溶于乙醇中，进行球磨，将球磨所得的浆料进行干燥，得到混合料；
[0023]S2、成型：将混合料、粘结剂溶于乙醇中混合，搅拌得混合浆料；将混合浆料注入模具中，晾干后脱模得到陶瓷材料生胚；
[0024]S3、烧结：将待烧结生坯放入烧结炉中，升温至1800
‑
2300℃，保温3
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6h，冷却即得所述陶瓷材料。
[0025]优选的，所述步骤S1中球磨速率为1000
‑
1800r/min，球磨时间为1
‑
5h。
[0026]优选的，所述步骤S3的烧结步骤具体为：将生胚放入烧结炉中，抽真空至压力＜20Pa；在保护气氛下在进行升温烧结；先升温至280
‑
320℃，压力为1
‑
2MPa，保温2
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3h，升温速率为80℃/h；再升温至1200
‑
1500℃，保温2
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3h，加压至2
‑
3MPa，升温速率为150℃/h；再升温至1800
‑
2300℃，加压至3
‑
5MPa，保温3
‑
6h，升温速率为50℃/h，压力为2
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4MPa；降温至800℃，降温速率为120℃/h；后自然冷却制得所述导电碳化硅复合陶瓷。
[0027]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0028]本专利技术通过使用特定的氮化硅、碳化硅等原料成分复配，并添加特定的金属氧化物和粘结剂等成分，制得的碳化硅陶瓷材料具有结构致密、粒径均匀、电阻率均匀，导电率高的优点；且化学稳定性高、耐磨性好、耐高温能力强，使用寿命长。本专利技术制得的陶瓷材料硬度好，电导率达到3
‑
4.5
×
10
‑2S/cm。
具体实施方式
[0029]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于陶瓷探针的碳化硅复合陶瓷材料，其特征在于，按重量份计，原料包括氮化硅30
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50份、碳化硅40
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60份、金属氧化物5
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8份、氮化铝3
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5份、粘结剂5
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15份。2.根据权利要求1所述的一种用于陶瓷探针的碳化硅复合陶瓷材料，其特征在于，所述氮化硅为粒径D50为100nm～1.0μm的氮化硅和1nm～100nm的氮化硅。3.根据权利要求2所述的一种用于陶瓷探针的碳化硅复合陶瓷材料，其特征在于，所述粒径D50为100nm～1.0μm的氮化硅和1nm～100nm的氮化硅的质量比为3
‑
5:1。4.根据权利要求1所述的一种用于陶瓷探针的碳化硅复合陶瓷材料，其特征在于，所述金属氧化物为氧化镁、氧化铝、氧化钇、氧化铈中的一种或多种混合。5.根据权利要求4所述的一种用于陶瓷探针的碳化硅复合陶瓷材料，其特征在于，所述金属氧化物为氧化钇。6.根据权利要求5所述的一种用于陶瓷探针的碳化硅复合陶瓷材料，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱福林，肖亮，李杨，刘明，李能，
申请(专利权)人：衡阳凯新特种材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：