本发明涉及一种碳纤维增韧的氮化硅陶瓷复合材料及其制备工艺,属于功能陶瓷材料制造技术领域。
背景技术:
陶瓷具有较高的熔点、弹性模量、硬度以及优良的化学稳定性。可是,因为其自身的脆性,严重地阻碍了它在实际中的使用。因此,改良陶瓷材料的脆性、提高其韧性就成为了陶瓷材料扩大其应用范围所必需克服的问题。
氧化铝基陶瓷因其来源丰富,制造成本低廉,适合进行大规模的生产并且具有优越的力学性能、耐高温性能和化学稳定性,是目前应用最为广泛的陶瓷原料之一。氮化硅基陶瓷材料因其较高的强度、硬度,较低的密度,以及良好的抗氧化性、化学稳定性、抗热振性等性能广泛地应用于切削加工、工程机械、矿山冶金、军工等多个领域,具有极高的应用价值价值。与氧化铝基陶瓷材料相比,氮化硅基陶瓷材料具有更高的导热系数、抗弯强度、断裂韧度以及较低的弹性模量、热膨胀系数等优点。
随着工业技术的快速发展,陶瓷材料应用场合对其自身的性能要求也不断提高,传统陶瓷材料已无法满足某些特殊的工况需求。因此,开发新型功能结构陶瓷,进一步提高陶瓷材料的强韧性,对扩大陶瓷材料新的应用领域具有重要意义。
技术实现要素:
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种碳纤维增韧的氮化硅陶瓷复合材料及其制备工艺,进一步提高陶瓷材料的强韧性,扩大陶瓷材料的应用场合。
本发明的一种碳纤维增韧的氮化硅陶瓷复合材料,以si3n4为基体材料,除基体材料外,复合材料的成分还包括碳纤维(cf)、ni、ni3si、sic,其中,ni为辅助粘结相,ni3si和sic为颗粒弥散相。
本发明的一种碳纤维增韧的氮化硅陶瓷复合材料的制备工艺如下:将si3n4、ni、si的粉体以及cf短须按照比例混合配料,其中,保证si粉的质量分数不超过5wt.%;采用热压烧结的方法制备复合陶瓷材料,热压烧结过程控制烧结温度1400~1600℃,加载压力15~25mpa,控制烧结工艺,使si与ni和cf充分反应消耗。
本发明提出了一种碳纤维增韧的氮化硅陶瓷复合材料及其制备工艺。相比普通氮化硅陶瓷材料,本发明具有纤维增韧和颗粒弥散增强的协同作用,材料具有优异的韧性和强度。在烧结制备工艺方面,通过工艺调控,保证si粉与碳纤维表面的c元素发生化学反应,生成sic,改善碳纤维与基体材料的结合状况,提高复合材料综合力学性能。本发明的陶瓷复合材料具有优异的抗崩裂强韧性,可广泛应用于切削加工、装备热端构件等领域。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述,以下实施例只是描述性的,不是限定性的,不能以此限定本发明的保护范围。
一种碳纤维增韧的氮化硅陶瓷复合材料,以si3n4为基体材料,除基体材料外,复合材料的成分还包括碳纤维(cf)、ni、ni3si、sic,其中,ni为辅助粘结相,ni3si和sic为颗粒弥散相。
本发明的一种碳纤维增韧的氮化硅陶瓷复合材料的制备工艺如下:将si3n4、ni、si的粉体以及cf短须按照质量分数70wt.%、6wt.%、4wt.%、20wt.%的比例混合配料,采用热压烧结的方式,热压烧结过程控制烧结温度1500℃,加载压力17mpa,加压烧结35min,随炉冷却至常温,制备出该复合材料。
1.一种碳纤维增韧的氮化硅陶瓷复合材料,其特征在于:以si3n4为基体材料,除基体材料外,复合材料的成分还包括碳纤维(cf)、ni、ni3si、sic,其中,ni为辅助粘结相,ni3si和sic为颗粒弥散相。
2.根据权利要求1所述的一种碳纤维增韧的氮化硅陶瓷复合材料,其特征是通过如下方法制备:将si3n4、ni、si的粉体以及cf短须按照比例混合配料,采用热压烧结的方法制备复合陶瓷材料,热压烧结过程控制烧结温度1400~1600℃,加载压力15~25mpa。
3.根据权利要求2所述的一种碳纤维增韧的氮化硅陶瓷复合材料的制备工艺,特别地,控制各配料配比,添加si粉的质量分数不超过5wt.%,控制烧结工艺,使si与ni和cf充分反应消耗。