專利名稱：利用片狀氧化鋁顆粒進行增韌的碳化硅陶瓷制造技術的制作方法
利用片狀氧化鋁顆粒進行增韌的碳化硅陶瓷制造技術
本發明涉及陶瓷制造技術，是關于碳化硅陶瓷制造技術，特別是關于一種 利用片狀氧化鋁顆粒進行增韌的碳化硅陶瓷制造技術。
碳化硅陶瓷材料具有高溫強度大、高溫抗氧化性強、耐磨損性能好、熱穩 定性佳、熱膨脹系數小、熱導率大、硬度高、抗熱震和耐化學腐蝕等優良特性， 在汽車、機械化工、環境保護、空間技術、信息電子、能源等領域有著日益廣 泛的應用，已經成為一種在很多工業領域性能優異的其他材料不可替代的結構 陶瓷。
機械設備中的動密封是通過兩個密封端面材料的旋轉滑動而進行的，作為 密封端面材料，要求硬度高，具有耐磨損性。碳化硅陶瓷的硬度相當高且摩擦 系數小，故碳化硅陶瓷作為機械密封端面材料可獲得其它材料所無法達到的滑 動特性。另一方面，兩個端面密封材料在旋轉運動過程中由于摩擦會產生 -定 的熱量，從而使密封端面的局部溫度升高，因此端面材料還必須能夠耐受一定 的溫度。為了避免端面密封材料在旋轉滑動過程中產生熱應變和熱裂，要求端 面材料的導熱系數高、抗熱震性好。目前，碳化硅陶瓷已經在各類機械密封中 獲得大量的應用，并為機械設備的省力和節能做出了很大的貢獻，顯示出其他 材料所無法比擬的優越性。碳化硅陶瓷在機械工業中還被成功地用作各種軸承、 切削刀具。
航空航天、原子能工業等需要耐受超高溫度的場合如核裂變和核聚變反應 堆中需要的可承受2000度左右高溫的耐熱材料；火箭和航天飛行器表面用于耐 受與大氣劇烈摩擦中產生的高達數千K溫度的隔熱瓦；火箭發動機燃燒室喉襯和 內襯材料，燃氣渦輪葉片；高溫爐的頂板、支架，以及高溫實驗用的卡具等高
溫構件也普遍采用碳化硅陶瓷構件。碳化硅陶瓷在石油化學工業中還被廣泛地 用作各種耐腐蝕用容器和管道。
要進一步提高碳化硅陶瓷的性能，如何解決脆性問題，是一個關注的焦點。 脆性問題是各類陶瓷面臨的共同的問題。中國天津大學高溫結構陶瓷及工程陶
瓷加工技術教育部重點實驗室的周振君等，發表于"硅酸鹽通報"2003年第3 期P57-61的題為"高可靠性結構陶瓷的增韌研究進展"，以及，山東大學的郝 春成等，發表于"材料導報"2002年2月第16巻第2期p28-30的題為"顆粒 增韌陶瓷的研究進展"，以及，中國科學院上海硅酸鹽研究所高性能陶瓷與超微 結構國家重點實驗室的郭景坤，發表于"復旦學報(自然科學版)"2003年12 月第42巻第6期p822-827的題為"關于陶瓷材料的脆性問題"，以及，山東大 學機械工程學院先進射流工程技術研究中心的劉含蓮等，發表于"粉末冶金技 術"2004年4月第22巻第2期p98-103的題為"納米復合陶瓷材料的增韌補強 機理研究進展"等論文中，對陶瓷增韌問題的理論和實踐有詳盡的介紹。
陶瓷的韌化方式主要有相變增韌、纖維(晶須)增韌、顆粒增韌以及復合增 韌。其中，顆粒增韌是陶瓷增韌最簡單的一種方法，它具有同時提高強度和韌 性等許多優點。影響第二相顆粒復合材料增韌效果的主要因素為基體與第二相 顆粒的彈性模量E、熱膨脹系數a及兩相的化學相容性。其中化學相容性是復 合的前提，兩相間不能存在過多的化學反應，同時又必須具有合適的界面綜合 強度。利用熱膨脹系數a的失配，從而在第二相顆粒及周圍基體內部產生殘余 應力場，是復相陶瓷增韌補強的主要根源。假設第二相顆粒與基體之間不發生 化學反應，如果第二相顆粒與基體之間存在熱膨脹系數的失配，即 A a = a p- a (p、 m表示顆粒和基體)，當△ a 〉0時，第二相顆粒處于拉
應力狀態，而基體徑向處于拉伸狀態，切向處于壓縮狀態，這時裂紋傾向于繞 過顆粒繼續擴展；當AcK0時，第二相顆粒處于壓應力狀態，切向受到拉應 力，這時裂紋傾向于在顆粒處釘扎或穿過顆粒。微裂紋的出現可以吸收能量從 而達到增韌的目的，微裂紋增韌因素之一是裂紋偏轉，裂紋偏轉是一種裂紋尖 端效應，是指裂紋擴展過程中當裂紋尖端遇到偏轉物(顆粒、纖維、晶須、界面 等)時所發生的傾斜和偏轉；微裂紋增韌因素之二是裂紋橋聯，橋聯物(顆粒、 纖維、晶須等)聯接靠近橋聯物的兩個裂紋的兩個表面并提供一個使兩個裂紋面 相互靠近的應力，即閉合應力，這樣導致應力強度因子隨裂紋擴展而增加。當 裂紋擴展遇到橋聯劑時，橋聯物有可能穿晶破壞，也可能出現互鎖現象，即裂 紋繞過橋聯物沿晶界發展并形成摩擦橋。簡當地說，第二相異質相顆粒的引入， 將帶來大量的微裂紋，大量的顯性或隱性微裂紋有助于耗散或化解或吸收外來 的破壞性張應力。此外，在采用晶須進行增韌時，還存在拔出效應，拔出效應也 是一種有利于增韌的因素。當引入的第二相異質相顆粒為納米顆粒時，還有利 于抑制陶瓷基材晶體顆粒的長大，燒成陶瓷中陶瓷基材晶體顆粒的微小化也是 一個重要的增韌因素，從斷裂韌性值與顯微結構觀察結果來看，樣品微觀呈納 米級細微組織，則宏觀表現出最高的斷裂韌性，可以認為，顆粒的細化使得組 織結構更加均勻，減小了應力集中及顯微裂紋的尺寸，同時，顆粒的細化也使 顯微裂紋數量增加，也就是說，微細的晶粒結構會導致晶界體積分數增加，在 該情形下，陶瓷斷裂過程中生成的耗散性新裂紋表面積增大，陶瓷斷裂前的過 程中需要吸收的外界能量因而大幅度增加，宏觀上表現為陶瓷斷裂韌性提高。采用片狀晶體顆粒對陶瓷材料進行增韌，也是一條有效的陶瓷增韌途徑。中國青島理工大學的李紹純、戴長虹在發表于"硅酸鹽通報"2004年第6期 p63-65的題為"碳化硅顆粒、晶須、晶片增韌陶瓷復合材料的研究現狀" 一文 中，對碳化硅顆粒、晶須、晶片應用于非碳化硅基材增韌的情況，有一個詳細
的介紹，該文涉及非碳化硅基材的增韌技術，例如碳化硅顆粒、碳化硅晶須、 碳化硅晶片用于(BaO - A1203 - Si02)玻璃陶瓷、氮化硅陶瓷、氧化鋁陶瓷 的增韌。其中，碳化硅晶片的增韌機理經研究被認為是緣于裂紋橋連機制、裂 紋偏轉機制和晶片拔出機制。在碳化硅陶瓷體系中，目前較多報道的是采用碳化硅晶須進行增韌，以及， 采用炭纖維進行增韌。碳化硅晶須增韌技術方案例如田杰謨等發明(設計)，清華大學申請，申請號為CN91101684.8的專利申請案"晶須增韌強化碳陶瓷復 合材料"；以及，阿歷山大，J *派齊克發明(設計)，唐化學原料公司申請， 申請號為CN90110427. 2的專利申請案"碳化硅晶須增強陶瓷復合材料及其制造 方法"；以及，成來飛、張立同、徐永東、劉永勝、李鎮、王曉明等發明(設計)， 中國西北工業大學申請，申請號為CN200410026337.6的專利申請案"一種晶須和顆粒增韌陶瓷基復合材料制備方法"。炭纖維增韌技術方案例如耿浩然等 發明(設計)，濟南大學申請，申請號為CN03138926.0的專利申請案"一種制 備碳纖維增強碳化硅復合材料的裝置及工藝"。引入碳化硅晶須或炭纖維進行增韌，確能使碳化硅陶瓷韌性大幅度提高， 但是，碳化硅晶須制備成本較高，帶來整個增韌陶瓷成品的生產成本上升，此 外，長徑比很高的碳化硅晶須以及炭纖維總的說來較難與其它碳化硅陶瓷生產 原料混合均勻，這在一定程度上影響了增韌碳化硅陶瓷成品的品質均勻性。本發明的目的，是提供一種替代解決方案，該替代解決方案要盡可能充分 地利用陶瓷增韌的科學原理，用適當的相對普通的物質作為以增韌為目的的第 二相物質，該第二相物質應當盡可能兼顧上文述及的各種有益的增韌效應，該 第二相物質并且應當盡可能是容易與其它碳化硅陶瓷生產原料均勻混合的物 質。本發明的目的是通過如下的技術方案來達到，該技術方案的主要原料是碳 化硅粉、燒結助劑、增韌料以及結合劑，經混合、成型、固化、高溫燒結等主 要工藝步驟，形成碳化硅陶瓷產品，原料中含有的增韌料是為增加碳化硅陶瓷 的韌性而加入的物料，所述高溫燒結工藝步驟的燒結方式是無壓固相燒結或無 壓液相燒結，其特征在于，用片狀氧化鋁顆粒作為增韌料，所述片狀氧化鋁顆 粒是顆粒形貌呈片狀的氧化鋁粉。在所述顆粒形貌呈片狀的氧化鋁粉中，當然允許夾雜微小量的非片狀的顆粒，因為100%的純度難以達到。所述無壓固相燒結以及無壓液相燒結的技術含義在碳化硅陶瓷生產領域是公知的。所述燒結助劑例如C-B、 C-稀土類金屬化合物、A1N+Y203、 B、 BN、 A14C3-B4C、 A1SB4C7、 Al203+Y20.i、 Al4SiC4、 A1-C。所述結合劑是用來幫助坯料定型的物質，例如PVB(酚醛樹酯)、 PVA (聚乙烯醇)。用于生產碳化硅陶瓷的原料還可包括增塑劑，以及，潤滑劑。 所述增塑劑用于降低成型難度，所述增塑劑例如甘油。所述潤滑劑用于降低脫 模難度，所述潤滑劑例如油酸。生產過程中還可以含有其它一些工藝步驟，例 如，物料干燥；粉料造粒；對固化后的坯料進行機械切削粗加工；對經高溫燒 結后的坯陶進行機械精磨加工等。所述混合工藝步驟可以采用一般混合工藝。 所述成型工藝步驟可以采用模壓成型工藝或擠出成型工藝。所述固化工藝步驟 是通過在10(TC - 30(TC加溫使所述結合劑發揮作用的工藝步驟。所述高溫燒結 工藝步驟是在1700°C - 2100°C進行熱處理的工藝步驟。關于片狀氧化鋁顆粒的制備技術或定制產品，中國武漢大學高新技術產業 發展部、武漢大學生產力促進中心可以提供。所述片狀氧化鋁顆粒(也就是片狀 氧化鋁粉)的制備方法也可在現有技術中找到，所述現有技術例如(l)發明人 是塞爾斯R"錫伯特、愛特華L.格拉文、Jr， 申請人:是圣戈本/諾頓 工業塘瓷有限公司，申請號是CN94100796.0，題為"片狀氧化鋁"的發明 專利申請案.(2)發明人是新田勝久、陳明壽、菅原淳，申請人是默克專利股份有限公司，申請號是CN96112590.X，題為"薄片狀氧化鋁和珠光顏料及其制造方法"的發明專利申請案。此外，中國浙江省某企業可大量 供應現貨(此物本來主要是用作珠光顏料的基片)。中國鋁業股份有限公司鄭州 研究院也可以提供多種特殊形貌氧化鋁顆粒的制備技術。所述碳化硅陶瓷制造技術中的燒結工藝可以是無壓固相燒結工藝，也可以 是無壓液相燒結工藝。有多種燒結助劑可供選擇，在采用無壓液相燒結工藝時，可供選擇的燒結助劑方案之一是氧化釔加氧化鋁。在采用無壓液相燒結工藝，并且用氧化釔加氧化鋁的組合作為燒結助劑的 情形下，用作燒結助劑的那部分氧化鋁原料當然也可以是采用片狀氧化鋁顆粒。 也就是說，在此方案中，作為原料之一加入的片狀氧化鋁顆粒的一部分，在卨溫燒結步驟，即在170(TC - 210(TC溫區進行熱處理的工藝步驟中，與氧化釔 反應生成熔融狀的釔鋁石榴石熔液，而剩余部分的未反應的片狀氧化鋁顆粒成 為增韌物質滯留在碳化硅陶瓷內，由于片狀氧化鋁顆粒原料在此方案中擔負雙 重角色，它與氧化釔的加料配比(鋁與釔的元素摩爾比)當然要超過釔鋁石榴 石化學式中的鋁與釔的元素摩爾比。所述碳化硅陶瓷制造技術的原料中還可以含有鎂元素。所述鎂元素在原料 中的加入形態例如氧化鎂、硝酸鎂、碳酸鎂、草酸鎂。鎂元素的引入有助于抑制碳化硅晶粒的長大。如前文所述，碳化硅晶粒的細化有助于增韌。 無論所述原料中是否含有鎂元素，所述原料中也允許含有鑭元素。所述鑭元素在原料中的加入形態例如氧化鑭、硝酸鑭、碳酸鑭、草酸鑭。鑭元素的 加入也有利于抑制碳化硅晶粒長大。當采用無壓液相燒結工藝，同時，以氧化釔加氧化鋁的組合作為燒結助劑，
并且，用作燒結助劑的那部分氧化鋁原料也是采用片狀氧化鋁顆粒，前文已述 及，在該情形下，由于片狀氧化鋁顆粒原料在此方案中擔負雙重角色，它與氧 化釔的加料配比(鋁與釔的元素摩爾比)當然要超過釔鋁石榴石化學式中的鋁 與釔的元素摩爾比。該種方案的進一步的特征是，原料混合工序包括以下工藝 步驟a:將片狀氧化鋁顆粒與氧化釔混合，進行球磨，形成雙功能預制料，在 所述雙功能預制料中，鋁元素與釔元素的混合摩爾比大于七比三。b:將所述雙 功能預制料與碳化硅粉以及結合劑等進行混合。要解釋的是，釔鋁石榴石化學 式中的鋁與釔的元素摩爾比是5比3 ，若期望有剩余的片狀氧化鋁顆粒用于增韌， 則原料中鋁元素與釔元素的恰當的混合摩爾比應當大于七比三。該工藝方案就是將原料混合工序分成兩段，其中，步驟a，也就是將片狀氧化鋁顆粒與氧化釔混合，進行球磨，形成所述雙功能預制料的步驟，其作用，是利用機械化學法 使一部分的片狀氧化鋁顆粒與氧化釔發生一定程度上的反應，形成一定量的釔 鋁石榴石前驅體。 一定量的釔鋁石榴石前驅體的生成有利于燒結。所述雙功能 預制料中同時含有用于增韌的過量的片狀氧化鋁顆粒。在將所述雙功能預制料與碳化硅粉以及結合劑等進行混合的工藝步驟中， 其混合方式可以采用球磨方式。球磨混合方式可以達成較好的混合效果。所述雙功能預制料與碳化硅粉以及結合劑等的混合方式，也可以采用機械 攪拌的方式，其操作是加入液體形成漿狀物料，并對所述漿狀物料施加機械攪拌。所述液體例如水、乙醇、甲醇或它們的任何比例的混合溶液。由于用于無壓燒結工藝的碳化硅粉的粒徑大都在O.l -0.9微米之間，顆粒已較小，而經過球磨生成的所述雙功能預制料粒徑也較小，因而，采用加入液體配成漿狀物 料并施加機械攪拌的方式也能實現物料混合。并且，所述雙功能預制料與碳化硅粉以及結合劑等的混合方式，還可以是 結合施加機械攪拌和超聲波的方式在施加機械攪拌的同時或間歇，對所述漿 狀物料施加超聲波。結合施加機械攪拌和超聲波的方式有利于更均勻的混合。所述片狀氧化鋁顆粒的板片寬度，以及，板片寬度與板片厚度之比，實際 上允許范圍較寬；但是，比較好的選擇范圍是所述片狀氧化鋁顆粒的板片寬 度介于0.3微米與6.0微米之間，以及，所述片狀氧化鋁顆粒的板片寬度與板片厚度之比介于3與IO之間。所述片狀氧化鋁顆粒的板片寬度的更好的選擇范圍是所述片狀氧化鋁顆粒的板片寬度介于0.3微米與0.9微米之間。納米級的嵌入物顆粒有助于抑制碳化硅晶粒的長大，碳化硅晶粒的的細化是一個重要的增韌因素。本發明的特點，是提供碳化硅晶須、炭纖維之外的有益的碳化硅陶瓷增韌 技術方案，本發明的方案是用片狀氧化鋁顆粒作為增韌料，片狀氧化鋁顆粒相 對廉價，并且，片狀氧化鋁顆粒還易于和其它物料均勻混合。本發明的方案兼 顧利用熱膨脹失配誘發微裂紋、裂紋偏轉、裂紋橋聯以及片狀嵌入物的拔出效 應等有益的增韌因素。實施例1:將0. 5 % - 3. 0 % (重量)的C-B燒結助劑，與1. 0 % - 5. 0 o/。 (重量)的PVA，以及，2.0 % - 12.0 % (重量)的片狀氧化鋁顆粒，以及，80.0 % - 96.5 % (重量)的碳化硅粉進行干法球磨混合，模壓成型，在 IO(TC -300"溫度區間固化，之后，在1700°C -2100°(^溫度區間燒結0.5-3.0 小時，形成碳化硅陶瓷產品。實施例2:將0. 5 % - 3. 0 % (重量)的C-B燒結助劑，與1. 0 % - 5. 0 % (重量)的PVA，以及，2.0 % - 12.0 % (重量)的片狀氧化鋁顆粒，以及， 80.0 % - 96.5 % (重量)的碳化硅粉，以及，適量的水，配成漿狀物料，進
行濕法球磨混合，經干燥，造粒，模壓成型，在10(TC - 300。C溫度區間固化， 之后，在1700。C -2100"溫度區間燒結0.5-3.0小時，形成碳化硅陶瓷產品。實施例3:將0. 5 % - 3. 0 % (重量)的C-B燒結助劑，與1. 0 % - 5. 0 % (重量)的PVA，以及，2.0 %- 12.0 % (重量)的片狀氧化鋁顆粒，以及，80.0 % - 96.5 % (重量)的碳化硅粉，以及，適量的水，配成漿狀物料，進 行機械攪拌混合，經干燥，造粒，模壓成型，在10(TC - 300"溫度區間固化， 之后，在1700。C -210(rC溫度區間燒結0.5-3.0小時，形成碳化硅陶瓷產品。實施例4:將0. 5 % - 3. 0 % (重量)的C-B燒結助劑，與1. 0 % - 5. 0 % (重量)的PVA，以及，2.0 % - 12.0 % (重量)的片狀氧化鋁顆粒，以及， 80.0 % - 96.5 % (重量)的碳化硅粉，以及，適量的水，配成漿狀物料，進 行機械攪拌混合，同時對漿狀物料施加超聲波，如此處理完后，經干燥，造粒， 模壓成型，在10(TC -30(TC溫度區間固化，之后，在1700。C -2100匸溫度區間 燒結0.5-3.0小時，形成碳化硅陶瓷產品。實施例5:將2.0 % - 8.0 % (重量)的A1N+Y203燒結助劑，與1.0 %-5.0% (重量)的PVA，以及，2.0%-12.0% (重量)的片狀氧化鋁顆粒，以 及，75.0 % - 95.0 % (重量)的碳化硅粉，以及，適量的水，配成漿狀物料， 進行濕法球磨混合，經干燥，造粒，模壓成型，在10(TC -300"溫度區間固化， 之后，在170(TC -2100°0溫度區間燒結0.5-3.0小時，形成碳化硅陶瓷產品。實施例6:按鋁與釔的元素摩爾比8~17比3，將片狀氧化鋁顆粒與氧化憶 混合，進行球磨，制成雙功能預制料。將5.0 % - 20.0 % (重量)的雙功能預 制料，與1.0 %- 5.0 % (重量)的PVA，以及，75.0 % - 94.0 % (重量) 的碳化硅粉，以及，適量的水，配成漿狀物料，進行濕法球磨混合，經千燥，
造粒，模壓成型，在100。C - 30(TC溫度區間固化，之后，在1700。C -210(TC溫 度區間燒結0.5-3.0小時，形成碳化硅陶瓷產品。實施例7:按鋁與釔的元素摩爾比8~17比3，將片狀氧化鋁顆粒與氧化釔 混合，進行球磨，制成雙功能預制料。將5.0 % - 20.0 % (重量)的雙功能預 制料，與1.0 %- 5.0 % (重量)的PVA,以及，75.0 % - 94.0 % (重量) 的碳化硅粉，以及，適量的水，配成漿狀物料，進行機械攪拌混合，經干燥， 造粒，模壓成型，在10(TC -300匯溫度區間固化，之后，在1700。C -210(TC溫 度區間燒結0.5-3.0小時，形成碳化硅陶瓷產品。實施例8:按鋁與釔的元素摩爾比8 17比3，將片狀氧化鋁顆粒與氧化釔 混合，進行球磨，制成雙功能預制料。將5.0 % - 18.0 % (重量)的雙功能預 制料，與1.0%- 5.0% (重量)的PVA， 0.1%- 2.0% (重量)的氧化鎂， 以及，75.0 % - 93.9 % (重量)的碳化硅粉，以及，適量的水，配成漿狀物 料，進行機械攪拌混合，經干燥，造粒，模壓成型，在100°C - 30(TC溫度區間 固化，之后，在170(TC -210(TC溫度區間燒結0.5-3.0小時，形成碳化硅陶瓷A 口 廣叩o實施例9:按鋁與釔的元素摩爾比8 17比3，將片狀氧化鋁顆粒與氧化釔 混合，進行球磨，制成雙功能預制料。將5.0 % - 20.0 % (重量)的雙功能預 制料，與1.0%- 5.0% (重量)的PVA， 0.1%- 2.0% (重量)的氧化鎂， 0.1 %- 2.0 % (重量)的氧化鑭，以及，71.0 % - 93.8 % (重量)的碳化 硅粉，以及，適量的水，配成漿狀物料，進行機械攪拌混合，經干燥，造粒， 模壓成型，在10(TC -30(TC溫度區間固化，之后，在170(TC -2100°<:溫度區間 燒結0.5-3.0小時，形成碳化硅陶瓷產品。實施例10:將0. 5 % - 3. 0 % (重量)的C-B燒結助劑，與1. 0 % - 5. 0 %(重量)的PVA，2.0 % - 12.0 % (重量)的片狀氧化鋁顆粒，0.1 %-2.0 % (重量)的氧化鎂，0.1 %_ 2.0 % (重量)的氧化鑭，以及，76.0 % -96.3%(重量)的碳化硅粉，以及，適量的水，配成漿狀物料，進行濕法球 磨混合，經干燥，造粒，模壓成型，在10(TC - 300匸溫度區間固化，之后，在 1700°C -210(TC溫度區間燒結0.5-3.0小時，形成碳化硅陶瓷產品。 實施例11:將O. 5 % - 3.0 % (重量)的C-B燒結助劑，與1.0 %-5. 0 % (重量)的PVA， 2. 0 % - 12. 0 % (重量)的片狀氧化鋁顆粒，0. 1 o/o -2. 0 % (重量)的氧化鎂，0. 1 % - 2. 0 % (重量)的氧化鑭，0. 1 % - 2. 0 % (重量)的甘油，0.1%- 2.0% (重量)的油酸，以及，72.0% - 96.1% (重 量)的碳化硅粉，以及，適量的水，配成漿狀物料，進行濕法球磨混合，經干 燥，造粒，模壓成型，在10(TC -30(TC溫度區間固化，之后，在1700。C -210(TC溫度區間燒結0.5-3.0小時，形成碳化硅陶瓷產品。為方便本領域之外的技術人員理解和實施本發明，本發明實施例中凡涉及 "C-B燒結助劑"的實施例，"C-B燒結助劑"均指定是碳化硼，即B4C。為方便本領域之外的技術人員理解和實施本發明，本發明實施例中凡涉及 "A1N+Y2(V燒結助劑"的實施例，"A1N+Y203燒結助劑"均指定是A1N與丫203摩 爾比為2比l的混合物。本發明各實施例中，所涉及原料的用量均以范圍形式給出，按所列用量范 圍實施，均能在不同程度上實現本發明的目的；為方便本領域之外的技術人員 理解和實施本發明，可以指定各原料所列用量范圍的中間值為最佳用量實施值。為方便本領域之外的技術人員理解和實施本發明，燒結設備可以指定是真 空碳管爐或熱壓燒結爐；在互聯網上可以找到許多此類設備的供應商。關于陶瓷性能的測試方法和相關測試儀器，為方便本領域之外的技術人員
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權利要求
1，一種利用片狀氧化鋁顆粒進行增韌的碳化硅陶瓷制造技術，該制造技術的主要原料是碳化硅粉、燒結助劑、增韌料以及結合劑，經混合、成型、固化、高溫燒結等主要工藝步驟，形成碳化硅陶瓷產品，原料中含有的增韌料是為增加碳化硅陶瓷的韌性而加入的物料，所述高溫燒結工藝步驟的燒結方式是無壓固相燒結或無壓液相燒結，其特征在于，用片狀氧化鋁顆粒作為增韌料，所述片狀氧化鋁顆粒是顆粒形貌呈片狀的氧化鋁粉。
2， 根據權利要求1所述的利用片狀氧化鋁顆粒進行增韌的碳化硅陶瓷制造 技術，其特征在于，所述碳化硅陶瓷制造技術是采用氧化釔和氧化鋁作 為燒結助劑的無壓液相燒結制造技術，以及，用作燒結助劑的那部分氧 化鋁原料也是采用片狀氧化鋁顆粒。
3， 根據權利要求1所述的利用片狀氧化鋁顆粒進行增韌的碳化硅陶瓷制造 技術，其特征在于，該制造技術的原料中含有鎂元素。
4， 根據權利要求1或3所述的利用片狀氧化鋁顆粒進行增韌的碳化硅陶瓷 制造技術，其特征在于，該制造技術的原料中含有鑭元素。
5， 根據權利要求2所述的利用片狀氧化鋁顆粒進行增韌的碳化硅陶瓷制造技術，其特征在于，原料混合工序包括以下工藝步驟 a:將片狀氧化鋁顆粒與氧化釔混合，進行球磨，形成雙功能預制料，在所述雙功能預制料中，鋁元素與釔元素的混合摩爾比大于七比三。 b:將所述雙功能預制料與碳化硅粉以及結合劑等進行混合。
6， 根據權利要求5所述的利用片狀氧化鋁顆粒進行增韌的碳化硅陶瓷制造技術，其特征在于，在將所述雙功能預制料與碳化硅粉以及結合劑等進 行混合的工藝步驟中，其混合方式是球磨方式。
7， 根據權利要求5所述的利用片狀氧化鋁顆粒進行增韌的碳化硅陶瓷制造 技術，其特征在于，在將所述雙功能預制料與碳化硅粉以及結合劑等進 行混合的工藝步驟中，其混合方式是加入液體形成漿狀物料，并對所述 漿狀物料施加機械攪拌。
8， 根據權利要求7所述的利用片狀氧化鋁顆粒進行增韌的碳化硅陶瓷制造 技術，其特征在于，對所述漿狀物料結合施加機械攪拌和超聲波。
9， 根據權利要求1所述的利用片狀氧化鋁顆粒進行增韌的碳化硅陶瓷制造 技術，其特征在于，所述片狀氧化鋁顆粒的板片寬度介于0.3微米與6.0 微米之間，以及，所述片狀氧化鋁顆粒的板片寬度與板片厚度之比介于3 與10之間。
10，根據權利要求9所述的利用片狀氧化鋁顆粒進行增韌的碳化硅陶瓷制造 技術，其特征在于，所述片狀氧化鋁顆粒的板片寬度介于0.3微米與0.9 微米之間。
全文摘要
本發明提供一種利用片狀氧化鋁顆粒進行增韌的碳化硅陶瓷制造技術。本發明涉及陶瓷制造技術，特別是關于增韌碳化硅陶瓷制造技術。本發明的特點，是提供碳化硅晶須、炭纖維之外的有益的碳化硅陶瓷增韌技術方案，本發明的方案是用片狀氧化鋁顆粒作為增韌料，片狀氧化鋁顆粒相對廉價，并且，片狀氧化鋁顆粒易于與其它物料均勻混合。本發明的方案兼顧利用熱膨脹失配誘發微裂紋、裂紋偏轉、裂紋橋聯以及片狀增韌顆粒拔出效應等有益的增韌因素。
文檔編號C04B35/622GK101165000SQ20061013919
公開日2008年4月23日 申請日期2006年10月16日 優先權日2006年10月16日
發明者岳 宋, 李榕生, 淼 水, 霞 王 申請人:寧波大學