一种反应烧结碳化硅的制备方法

技术领域

本发明涉及材料技术领域，具体涉及一种反应烧结碳化硅的制备方法。

背景技术

随着科学技术的发展、密封、装甲工业等领域对材料的要求越来越苛刻，迫切需要开发一种新型的高性能材料。碳化硅陶瓷因其具有优异的高温强度、耐磨性、耐腐蚀性及良好的导电、导热性，在航空航天、机械、汽车等众多行业得到广泛应用，同时它也是军事领域的重要材料。

反应结合碳化硅是指素坯中含有碳化硅和碳粉，在反应过程中碳和硅反应生成新的碳化硅相与原碳化硅相相结合，从而形成碳化硅复合材料，其常规的制备工艺为将碳化硅粉、碳粉和有机粘结剂混合，经过成型、干燥、脱粘、后渗硅而制得；因在制备过程中，需进行压制成型，造成制备效率比较低，成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无需进行压制、可节省制备时间、降低生产成本的一种反应烧结碳化硅的制备方法。

为实现本发明的上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种反应烧结碳化硅的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备硅粒；

(2)将步骤(1)所得硅粒、碳粉、加入有机粘结剂中混合搅拌均匀，得混合料；

(3)将步骤(2)所得混合料放于碳化硅素坯的上方，在高温下反应得所述反应烧结碳化硅。

上述一种反应烧结碳化硅的制备方法，作为一种优选的实施方案，制备硅粒的方法为：将氮化硼、有机粘结剂和水混合搅拌均匀；向混合料中加入硅和炭黑搅拌混合均匀，干燥得所述硅粒。

氮化硼是由氮原子和硼原子所构成的晶体，化学组成为43.6％的硼和56.4％的氮，其具有四种不同的变体：六方氮化硼、菱方氮化硼、立方氮化硼和纤锌矿氮化硼。氮化硼具有抗化学侵蚀性质，不被无机酸和水侵蚀，在热浓碱中硼氮键断开。

炭黑是一种无定形碳，是一种轻、松而极细的黑色粉末，表面积非常大，在空气不足的条件下经不完全燃烧或受热分解而得的产物。炭黑的生产工艺不同，则表面的化学性能也有差别，由于炭黑的表面积较大，容易吸附挥发份环境中的水分，在运输过程中，储存及使用过程中要特别注意吸湿问题。

PVPK90为聚乙烯吡咯烷酮k90，其水溶液在大部分情况下为非触变性的，且有很短的松弛时间，当浓度很大时，就会具有一定的结构粘度。

上述一种反应烧结碳化硅的制备方法，作为一种优选的实施方案，在硅粒制备过程中，氮化硼、有机粘结剂、水、炭黑和硅的重量比为：1：2：7：2：120-160。

上述一种反应烧结碳化硅的制备方法，作为一种优选的实施方案，步骤(1)中，所述硅粒的细度为3-5目。

上述一种反应烧结碳化硅的制备方法，作为一种优选的实施方案，步骤(2)中，所述碳粉的细度为300-340目。

上述一种反应烧结碳化硅的制备方法，作为一种优选的实施方案，步骤(2)中和制备硅粒所述有机粘结剂均为PVPK90。

上述一种反应烧结碳化硅的制备方法，作为一种优选的实施方案，步骤(2)中，所述硅粒、碳粉和有机粘结剂的重量比为120-160：2：2。

上述一种反应烧结碳化硅的制备方法，作为一种优选的实施方案，步骤(3)中，混合料与碳化硅素坯的用量比为1：0.5。

上述一种反应烧结碳化硅的制备方法，作为一种优选的实施方案，步骤(3)中，高温反应的温度为1300-1600℃，在此温度下反应的时间为12-18h。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：本发明所述一种反应烧结碳化硅的制备方法，采用硅粒代替硅粉，与传统的制备工艺相比省去了压制工序，节省了制备时间、提高了生产效率及有效空间利用率，降低了生产成本，且采用本发明所述的制备方法，环保处理后的废渣几乎为零，比较环保。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

实施例1

一种反应烧结碳化硅的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备硅粒：将氮化硼、有机粘结剂和水混合搅拌均匀；向混合料中加入硅和炭黑，且氮化硼、有机粘结剂、水、炭黑和硅的重量比为：1：2：7：2：120，搅拌混合均匀干燥得细度为3目的硅粒；

(2)将步骤(1)所得硅粒、细度为300目的碳粉、加入有机粘结剂PVPK90中，且硅粒、碳粉和有机粘结剂的重量比为120：2：2，混合搅拌均匀得混合料；

(3)将步骤(2)所得混合料放于碳化硅素坯的上方，混合料与碳化硅素坯的用量比为1：0.5，在温度为1300℃的高温下反应18h得所述反应烧结碳化硅。

实施例2

一种反应烧结碳化硅的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备硅粒：将氮化硼、有机粘结剂和水混合搅拌均匀；向混合料中加入硅和炭黑，且氮化硼、有机粘结剂、水、炭黑和硅的重量比为：1：2：7：2：130，搅拌混合均匀干燥得细度为3目的硅粒；

(2)将步骤(1)所得硅粒、细度为310目的碳粉、加入有机粘结剂PVPK90中，且硅粒、碳粉和有机粘结剂的重量比为130：2：2，混合搅拌均匀得混合料；

(3)将步骤(2)所得混合料放于碳化硅素坯的上方，混合料与碳化硅素坯的用量比为1：0.5，在温度为1350℃的高温下反应17h得所述反应烧结碳化硅。

实施例3

一种反应烧结碳化硅的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备硅粒：将氮化硼、有机粘结剂和水混合搅拌均匀；向混合料中加入硅和炭黑，且氮化硼、有机粘结剂、水、炭黑和硅的重量比为：1：2：7：2：135，搅拌混合均匀干燥得细度为4目的硅粒；

(2)将步骤(1)所得硅粒、细度为320目的碳粉、加入有机粘结剂PVPK90中，且硅粒、碳粉和有机粘结剂的重量比为135：2：2，混合搅拌均匀得混合料；

(3)将步骤(2)所得混合料放于碳化硅素坯的上方，混合料与碳化硅素坯的用量比为1：0.5，在温度为1400℃的高温下反应16h得所述反应烧结碳化硅。

实施例4

一种反应烧结碳化硅的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备硅粒：将氮化硼、有机粘结剂和水混合搅拌均匀；向混合料中加入硅和炭黑，且氮化硼、有机粘结剂、水、炭黑和硅的重量比为：1：2：7：2：140，搅拌混合均匀干燥得细度为3目的硅粒；

(2)将步骤(1)所得硅粒、细度为330目的碳粉、加入有机粘结剂PVPK90中，且硅粒、碳粉和有机粘结剂的重量比为140：2：2，混合搅拌均匀得混合料；

(3)将步骤(2)所得混合料放于碳化硅素坯的上方，混合料与碳化硅素坯的用量比为1：0.5，在温度为1450℃的高温下反应15h得所述反应烧结碳化硅。

实施例5

一种反应烧结碳化硅的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备硅粒：将氮化硼、有机粘结剂和水混合搅拌均匀；向混合料中加入硅和炭黑，且氮化硼、有机粘结剂、水、炭黑和硅的重量比为：1：2：7：2：150，搅拌混合均匀干燥得细度为4目的硅粒；

(2)将步骤(1)所得硅粒、细度为320目的碳粉、加入有机粘结剂PVPK90中，且硅粒、碳粉和有机粘结剂的重量比为150：2：2，混合搅拌均匀得混合料；

(3)将步骤(2)所得混合料放于碳化硅素坯的上方，混合料与碳化硅素坯的用量比为1：0.5，在温度为1500℃的高温下反应13h得所述反应烧结碳化硅。

实施例6

一种反应烧结碳化硅的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备硅粒：将氮化硼、有机粘结剂和水混合搅拌均匀；向混合料中加入硅和炭黑，且氮化硼、有机粘结剂、水、炭黑和硅的重量比为：1：2：7：2：160，搅拌混合均匀干燥得细度为5目的硅粒；

(2)将步骤(1)所得硅粒、细度为340目的碳粉、加入有机粘结剂PVPK90中，且硅粒、碳粉和有机粘结剂的重量比为160：2：2，混合搅拌均匀得混合料；

(3)将步骤(2)所得混合料放于碳化硅素坯的上方，混合料与碳化硅素坯的用量比为1：0.5，在温度为1600℃的高温下反应12h得所述反应烧结碳化硅。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。