【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及碳化硅陶瓷材料領域，具體涉及一種高性能碳化硅材料的制備方法及其產品。
技術介紹
1、隨著現代工業的快速發展，對高性能材料的需求日益增長，特別是在航空航天、汽車制造、電子器件、化工機械、核能工程以及高級耐火材料等領域。對具有優異高溫性能、耐磨性、耐腐蝕性和良好熱穩定性的先進陶瓷材料的需求不斷上升。碳化硅(sic)陶瓷因其獨特的物理和化學性質，成為這些高端領域中不可或缺的關鍵材料。在航空航天領域，碳化硅的低密度和高強度特性使其成為制造飛機發動機熱端部件、火箭噴嘴和航天器熱防護系統的理想選擇。在電子器件領域，碳化硅的高熱導率和良好的電絕緣性使其成為制造高溫電子器件和功率器件的理想材料，如led照明、半導體器件和傳感器等。化工機械領域中，碳化硅的耐腐蝕性和耐磨性使其在化工設備的密封件、泵和閥門等部件中得到廣泛應用。核能工程領域中，碳化硅的耐高溫和抗輻射性能使其在核反應堆的燃料包殼和熱交換器中具有潛在的應用價值。
2、反應燒結碳化硅的過程中，不可避免地引入游離硅，會損害其高溫性能，導致碳化硅熱膨脹系數高，抗蠕變性能差，不能在高溫條件下保持穩定的形態和機械性能。同時也會降低碳化硅的力學性能，影響其抗彎折強度。
技術實現思路
1、因此，本專利技術要解決的技術問題在于克服現有技術中碳化硅材料熱膨脹系數大，抗彎折強度差的缺陷。從而提供一種高性能碳化硅材料的制備方法及其產品，通過提高碳化硅含量減少游離硅的負面影響。
2、為了解決上述問題：
3、本專利技
4、(1)將碳化硅粉末、碳源、粘結劑和水混合攪拌得到泥料，將泥料成型得到碳化硅坯體；
5、(2)在惰性氣氛下，將碳化硅坯體進行熱處理；
6、(3)將熱處理后的碳化硅坯體埋入硅粉中，進行燒結，即得所述碳化硅材料；
7、所述熱處理的溫度為300-500℃；
8、所述熱處理的時間為1-2h。
9、優選地，所述碳化硅粉末為α-sic。
10、優選地，步驟(1)中，所述碳源包括石墨烯、碳納米管和納米炭黑中的一種或兩種；所述粘結劑包括聚乙二醇、聚乙烯醇和羧甲基纖維素中的一種或多種，優選為兩種以上。
11、優選地，步驟(2)中，所述惰性氣氛包括氮氣和/或氬氣。
12、優選地，步驟(3)中，所述燒結在真空條件下進行；可選的，所述燒結的真空度<10pa；所述燒結的溫度為1550-1750℃；所述燒結的時間為2-3h。
13、優選地，所述碳化硅粉末的粒度為80-350目；所述碳源的粒度≤200nm；所述硅粉的粒度為80-350目；所述硅粉為多晶硅粉末。
14、優選地，步驟(1)中的步驟包括：將碳化硅粉末、碳源和粘結劑混合得到粉料后，再加入水攪拌得到泥料，將泥料成型、干燥得到碳化硅坯體。
15、優選地，所述碳源與碳化硅粉末的質量比為(6-8)：(92-94)；所述粘結劑占粉料質量的5％-6％；所述泥料的質量固含量為80％-90％。
16、優選地，所述干燥的溫度為80-100℃，時間為16-24h。干燥的目的在于去除碳化硅坯體中的水分。
17、優選地，步驟(1)中，所述成型為擠出成型、模壓成型或注漿成型。
18、優選地，本領域技術人員可根據選擇對燒結后的產品進行精加工和包裝，所述精加工包括研磨、拋光和切割。
19、本專利技術還提供了由所述高性能碳化硅材料的制備方法得到的碳化硅材料。
20、本專利技術技術方案，具有如下優點：
21、1.本專利技術提供了一種高性能碳化硅材料的制備方法，包含下列步驟：(1)將碳化硅粉末、碳源、粘結劑和水混合攪拌得到泥料，將泥料成型得到碳化硅坯體；(2)在惰性氣氛下，將碳化硅坯體進行熱處理；(3)將熱處理后的碳化硅坯體埋入硅粉中，進行燒結，即得所述碳化硅材料；所述熱處理的溫度為300-500℃；所述熱處理的時間為1-2h。
22、本專利技術將碳化硅坯體在惰性氣氛下進行熱處理，粘結劑熱解產生的原位活性碳源均勻分布在坯體中，有效地提高了活性碳源的比例。并且促進了后續真空燒結中β-sic晶粒生長，從而提高碳化硅材料中碳化硅的含量，提高了碳化硅材料的抗彎折性能，降低了熱膨脹系數，避免了碳化硅材料在高溫條件時發生蠕變的情況。
23、熱處理的溫度為300-500℃，低溫熱處理能夠使粘結劑剩余。剩余的粘結劑在后續燒結過程時，與硅蒸氣反應，進一步提升碳化硅含量。
24、本專利技術通過原位生成活性碳源與外加碳源的方式，為快速高效生成β-sic結合相，提供了一條新途徑，有效地提高了產品中碳化硅的含量，解決了當前反應燒結碳化硅中游離硅含量難以下降的關鍵問題。
25、本專利技術以外加的碳源作為主要活性碳源，利用其高反應活性，在高溫燒結條件下，活性碳源與滲硅快速發生反應，生成高體積密度的β-sic相，并與原有的α-sic顆粒緊密堆疊，最終制得高碳化硅含量、高致密、均勻晶粒分布的碳化硅材料。
26、2.本專利技術進一步限定了粘結劑包括聚乙二醇、聚乙烯醇和羧甲基纖維素中的一種或多種。本專利技術選用高分子量的聚合物作為粘結劑，在惰性氣氛下產生的原位活性碳數量更多，且均勻分布在碳化硅坯體中。
27、3.本專利技術還提供了由所述高性能碳化硅材料的制備方法得到的碳化硅材料。由該方法得到的碳化硅材料，碳化硅含量大于93％、體積密度為3.42-3.50g/cm3、抗折強度＞210mpa、熱膨脹系數小于4.16×10-6k-1。
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1.一種高性能碳化硅材料的制備方法，其特征在于，包含下列步驟：
2.根據權利要求1所述的一種高性能碳化硅材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述碳源包括石墨烯、碳納米管和納米炭黑中的一種或兩種；
3.根據權利要求1或2所述的一種高性能碳化硅材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述惰性氣氛包括氮氣和/或氬氣。
4.根據權利要求1-3任一項所述的一種高性能碳化硅材料的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，所述燒結在真空條件下進行；
5.根據權利要求1-4任一項所述的一種高性能碳化硅材料的制備方法，其特征在于，所述碳化硅粉末的粒度為80-350目；
6.根據權利要求1-5任一項所述的一種高性能碳化硅材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中的步驟包括：
7.根據權利要求6所述的一種高性能碳化硅材料的制備方法，其特征在于，所述碳源與碳化硅粉末的質量比為(6-8)：(92-94)；
8.根據權利要求6所述的一種高性能碳化硅材料的制備方法，其特征在于，所述干燥的溫度為80-100℃，時間為16-24h
9.根據權利要求1-8任一項所述的一種高性能碳化硅材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述成型為擠出成型、模壓成型或注漿成型。
10.權利要求1-9任一項所述一種高性能碳化硅材料的制備方法得到的碳化硅材料。
...【技術特征摘要】
1.一種高性能碳化硅材料的制備方法，其特征在于，包含下列步驟：
2.根據權利要求1所述的一種高性能碳化硅材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述碳源包括石墨烯、碳納米管和納米炭黑中的一種或兩種；
3.根據權利要求1或2所述的一種高性能碳化硅材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述惰性氣氛包括氮氣和/或氬氣。
4.根據權利要求1-3任一項所述的一種高性能碳化硅材料的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，所述燒結在真空條件下進行；
5.根據權利要求1-4任一項所述的一種高性能碳化硅材料的制備方法，其特征在于，所述碳化硅粉末的粒度為80-350目；
【專利技術屬性】
技術研發人員：李冉冉，梁健，勞新斌，吳巧合，廖軍，王松，
申請(專利權)人：蘭德森材料科技鹽城有限公司，
類型：發明
國別省市：
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