【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于碳化硅陶瓷烧结领域，具体涉及一种碳化硅陶瓷及其制备方法。
技术介绍
1、碳化硅陶瓷具有高温力学性能优异、硬度高、抗热冲击性强、热导率高以及抗氧化和耐化学腐蚀等优点，是非常重要的高温结构材料，在航空航天、机械工业、电子器件以及核反应堆领域有广泛的应用前景。然而阻碍碳化硅陶瓷广泛应用的主要障碍是陶瓷的脆性，导致其在使用过程中容易发生突然断裂现象。陶瓷材料的脆性主要是由它的物质结构的特点所决定。在物质结构方面，陶瓷材料都是由强固的离子键和共价键所组成的多晶结构，它缺乏能促使材料变形的滑移系统。因此，现有的碳化硅陶瓷有待改进。
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种碳化硅陶瓷及其制备方法。所述碳化硅陶瓷的弯曲强度不低于600mpa，所述碳化硅陶瓷的断裂韧性不小于10mpa·m1/2。
2、在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种碳化硅陶瓷。根据本专利技术的实施例，所述碳化硅陶瓷的弯曲强度不低于600mpa，所述碳化硅陶瓷的断裂韧性不小于10mpa·m1/2。由此，该碳化硅陶瓷不仅具有高的强度，还具有高的韧性，可应用于航空航天、机械工业、电子器件等诸多领域。
3、另外，根据本专利技术上述实施例的碳化硅陶瓷还可以具有如下附加技术特征：
4、根据本专利技术的实施例，所述碳化硅陶瓷的致密度不小于98％。由此，该碳化硅陶瓷具有高致密度、低孔隙率的优点。
5、
6、(1)将碳化硅粉体和烧结助剂混合，以便得到原料粉体；
7、(2)放电等离子烧结炉的烧结模具的内壁邻接有绝缘陶瓷层，将所述原料粉体放入所述烧结模具中进行放电等离子烧结，以便得到碳化硅陶瓷。
8、根据本专利技术上述制备碳化硅陶瓷的方法，首先，将碳化硅粉体和烧结助剂混合，从而得到原料粉体，烧结助剂在交变电场下电离并沿电流方向移动，且能够快速分散均匀，同时烧结助剂可以与碳化硅反应生成碳化物或硅化物，进而与碳化硅形成固溶体，再逐渐扩散到碳化硅晶格内部，促进以形变为主的固相烧结，并在碳化硅晶粒内部构造纳米孪晶结构，提高碳化硅陶瓷的强度和韧性。放电等离子烧结炉的烧结模具的内壁邻接有绝缘陶瓷层，将上述原料粉体放入烧结模具中进行放电等离子烧结，由于绝缘陶瓷层的存在，其可以融合闪烧的技术特点，即烧结过程中产生的脉冲电流直接作用于原料粉体，原料粉体产生焦耳热以及产生的等离子体使原料粉体直接加热升温，从而可以使原料粉体具有较快的升温速率，有利于通过控制脉冲电流路径，有效调节原料粉体温度，进而提高碳化硅陶瓷的强度和韧性。另一方面，由于绝缘陶瓷层的存在，更有利于控制固相烧结过程，从而通过控制固相烧结促使碳化硅陶瓷晶粒内部高密度纳米孪晶结构的生成，增加了促进材料变形的滑移系统，提高碳化硅陶瓷抵抗裂纹扩展的能力，即提高碳化硅陶瓷断裂韧性，同时还能保持碳化硅陶瓷优异的弯曲强度和硬度。相比于采用传统的放电等离子烧结炉的烧结模具发热来加热原料粉体，本申请的方法不仅使原料粉体升温速率显著提升，促使高密度纳米孪晶结构的生成，而且烧结所需要的时间更短，需求的电压和电流更低，能够极大降低功耗，具有节能、快速的优点。由此，采用该方法制备的碳化硅陶瓷同时具有高的强度和高的韧性，且该方法可以显著降低能耗，节约生产成本。
9、另外，根据本专利技术上述实施例的制备碳化硅陶瓷的方法还可以具有如下附加技术特征：
10、在本专利技术的一些实施例中，步骤(1)中，所述碳化硅粉体的粒径为1μm～5μm。由此，可以提高碳化硅陶瓷的强度和韧性。
11、在本专利技术的一些实施例中，步骤(1)中，基于所述原料粉体的总质量，所述烧结助剂的质量占比为1wt％～10wt％。由此，可以提高碳化硅陶瓷的强度和韧性。
12、在本专利技术的一些实施例中，所述烧结助剂包括金属单质烧结助剂和金属氧化物烧结助剂。由此，可以提高碳化硅陶瓷的强度和韧性。
13、在本专利技术的一些实施例中，所述金属单质烧结助剂包括铝、铁、银和镁中的至少之一。由此，可以提高碳化硅陶瓷的强度和韧性。
14、在本专利技术的一些实施例中，所述金属氧化物烧结助剂包括氧化铝、氧化钇、氧化硼、氧化镁和氧化钙中的至少之一。由此，可以提高碳化硅陶瓷的强度和韧性。
15、在本专利技术的一些实施例中，步骤(2)中，所述绝缘陶瓷层的厚度为1mm～2.5mm。由此，可以提高碳化硅陶瓷的强度和韧性。
16、在本专利技术的一些实施例中，所述绝缘陶瓷层的包括氮化硼陶瓷、氧化锆陶瓷或氧化铝陶瓷。由此，可以提高碳化硅陶瓷的强度和韧性。
17、在本专利技术的一些实施例中，步骤(2)中，所述烧结模具的内径为10mm～150mm，所述烧结模具的高度为1cm～20cm。由此，可以提高碳化硅陶瓷的强度和韧性。
18、在本专利技术的一些实施例中，步骤(2)中，所述放电等离子烧结的温度为1500℃～1750℃，所述放电等离子烧结的压力为30mpa～60mpa，保温时间为0.5min～20min。由此，可以提高碳化硅陶瓷的强度和韧性。
19、在本专利技术的一些实施例中，所述放电等离子烧结的温度在升温过程中，所述烧结温度小于600℃，升温速率为180℃/min～220℃/min，所述烧结温度大于600℃，升温速率为90℃/min～120℃/min。
20、本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
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1.一种碳化硅陶瓷，其特征在于，所述碳化硅陶瓷的弯曲强度不低于600MPa，所述碳化硅陶瓷的断裂韧性不小于10MPa·m1/2。
2.根据权利要求1所述的碳化硅陶瓷，其特征在于，所述碳化硅陶瓷的致密度不小于98％。
3.一种制备权利要求1或2所述的碳化硅陶瓷的方法，其特征在于，包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述碳化硅粉体的粒径为1μm～5μm。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，基于所述原料粉体的总质量，所述烧结助剂的质量占比为1wt％～10wt％；
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述金属单质烧结助剂包括铝、铁、银和镁中的至少之一；
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述绝缘陶瓷层的厚度为1mm～2.5mm；
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述烧结模具的内径为10mm～150mm，所述烧结模具的高度为1cm～20cm。
9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(2)
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述放电等离子烧结的温度在升温过程中，所述烧结温度小于600℃，升温速率为180℃/min～220℃/min，所述烧结温度大于600℃，升温速率为90℃/min～120℃/min。
...【技术特征摘要】
1.一种碳化硅陶瓷，其特征在于，所述碳化硅陶瓷的弯曲强度不低于600mpa，所述碳化硅陶瓷的断裂韧性不小于10mpa·m1/2。
2.根据权利要求1所述的碳化硅陶瓷，其特征在于，所述碳化硅陶瓷的致密度不小于98％。
3.一种制备权利要求1或2所述的碳化硅陶瓷的方法，其特征在于，包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述碳化硅粉体的粒径为1μm～5μm。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，基于所述原料粉体的总质量，所述烧结助剂的质量占比为1wt％～10wt％；
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述金属单质烧结助剂包括铝、铁、银和镁中的至少之一；
7.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘荣正，赵健，徐志彤，刘马林，邵友林，刘兵，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：
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