本發(fā)明涉及一種碳化硅復(fù)合材料的制備方法，屬于材料科學(xué)
技術(shù)領(lǐng)域：

背景技術(shù)：
：碳化硅SiC材料是一種性能優(yōu)良的結(jié)構(gòu)陶瓷，具有高溫強(qiáng)度大、耐磨損性好、熱穩(wěn)定性佳、熱導(dǎo)率大及耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)良特性，廣泛用于防彈防刺衣、火箭燃燒室內(nèi)襯、高速氣動(dòng)軸承、機(jī)械密封零件、輕量化空間反射鏡等高
技術(shù)領(lǐng)域：
。碳化硅基陶瓷復(fù)合材料，具有比合金材料更為優(yōu)異的中子學(xué)特性和物理化學(xué)性能以及高溫結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，是新型核燃料包殼與事故容錯(cuò)燃料元件、高輻照環(huán)境中結(jié)構(gòu)組件等最佳候選材料之一。但其硬度高，韌性差，后期加工難，不易制備大尺寸精密異形器件，尤其是碳化硅基陶瓷材料存在加工過程中因?yàn)榇嘈院蛻?yīng)力等而發(fā)生碎裂的問題。MAX相材料是一種三維層狀結(jié)構(gòu)陶瓷材料，兼具金屬和陶瓷材料的特性，如金屬材料的易加工性，易制備精密器件。但存在硬度較低，抗磨損差等實(shí)際應(yīng)用問題。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)方面，提供了一種制備碳化硅基復(fù)合材料的方法，該方法獲得的碳化硅陶瓷復(fù)合材料具有高硬度和抗磨損性能以及良好機(jī)械加工性能。所述方法將含有MAX相材料和碳化硅的原料在惰性氛圍中燒制，得到所述碳化硅基復(fù)合材料。優(yōu)選地，所述原料中MAX相材料和碳化硅的摩爾比為95:5至5:95。本申請(qǐng)中，MAX相材料和碳化硅的摩爾比，是指以分子式Mn+1AXn計(jì)的MAX相材料摩爾數(shù)與SiC摩爾數(shù)之比。優(yōu)選地，所述原料中MAX相材料分子式為Mn+1AXn，其中M選自Ti、Ta、V、Cr、Nb中的至少一種，A選自Al、Si、Ge、Sn、Ga中的至少一種，X為C、N中的至少一種。其中n＝1、2、3、4、5或6。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述原料中MAX相材料為Ti3SiC2和/或Ti3AlC2。優(yōu)選地，所述原料中碳化硅為六方相碳化硅或立方相碳化硅。優(yōu)選地，所述方法至少包括以下步驟：a)將含有MAX相粉末和碳化硅粉末的原料混合；b)將步驟a)中混合后的原料填充入干壓模具得到素坯，或者直接填充入熱壓模具中；c)將步驟b)中得到的素坯，在1300～1600℃燒結(jié)1～5小時(shí)，自然冷卻后得到所述碳化硅基復(fù)合材料。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述步驟c)中的燒結(jié)溫度范圍上限選自1350℃、1400℃、1450℃、1500℃、1550℃、1600℃；所述步驟c)中的燒結(jié)溫度范圍下限選自1300℃、1350℃、1400℃、1450℃、1500℃、1550℃。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述步驟c)中的燒結(jié)時(shí)間范圍上限選自1.5小時(shí)、2小時(shí)、2.5小時(shí)、3小時(shí)、3.5小時(shí)、4小時(shí)、4.5小時(shí)、5小時(shí)；所述步驟c)中的燒結(jié)時(shí)間范圍下限選自1小時(shí)、1.5小時(shí)、2小時(shí)、2.5小時(shí)、3小時(shí)、3.5小時(shí)、4小時(shí)、4.5小時(shí)。優(yōu)選地，所述方法至少包括以下步驟：a)將含有MAX相粉末和碳化硅粉末的原料混合；b)將步驟a)中混合后的原料直接填充入熱壓模具中；c)將步驟b)中裝填好的熱壓模具放在惰性氛圍中，在1300～1600℃、20～40Mpa下燒結(jié)處理1～5小時(shí)，自然冷卻后得到所述碳化硅基復(fù)合材料。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述步驟c)中的燒結(jié)溫度范圍上限選自1350℃、1400℃、1450℃、1500℃、1550℃、1600℃；所述步驟c)中的燒結(jié)溫度范圍下限選自1300℃、1350℃、1400℃、1450℃、1500℃、1550℃。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述步驟c)中的燒結(jié)時(shí)間范圍上限選自1.5小時(shí)、2小時(shí)、2.5小時(shí)、3小時(shí)、3.5小時(shí)、4小時(shí)、4.5小時(shí)、5小時(shí)；所述步驟c)中的燒結(jié)時(shí)間范圍下限選自1小時(shí)、1.5小時(shí)、2小時(shí)、2.5小時(shí)、3小時(shí)、3.5小時(shí)、4小時(shí)、4.5小時(shí)。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述步驟c)中的燒結(jié)壓強(qiáng)范圍上限選自25Mpa、30Mpa、35Mpa、40Mpa、；所述步驟c)中的燒結(jié)壓強(qiáng)范圍下限選自20Mpa、25Mpa、30Mpa、35Mpa。優(yōu)選地，所述步驟a)中原料混合過程為攪拌混合和/或球磨混合。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述步驟a)中原料混合過程為球磨混合，所述球磨混合的轉(zhuǎn)速大于200rpm。更進(jìn)一步優(yōu)選地，所述步驟a)中原料混合過程為球磨混合，所述球磨混合的轉(zhuǎn)速大于250rpm。更進(jìn)一步優(yōu)選地，所述步驟a)中原料混合過程為球磨混合，所述球磨混合的轉(zhuǎn)速范圍上限選自400rpm、450rpm、500rpm、600rpm、700rpm；所述球磨混合的轉(zhuǎn)速范圍下限選自200rpm、250rpm、300rpm、350rpm、400rpm。作為一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式，所述步驟a)中原料混合過程為球磨混合，所述球磨混合的轉(zhuǎn)速為300～400rpm。優(yōu)選地，所述MAX相材料粉末的粒徑為0.1～10μm。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述MAX相材料粉末的粒徑范圍上限選自10μm、9μm、8μm、7μm、6μm、5μm、4μm、3μm；所述MAX相材料粉末的粒徑范圍下限選自0.1μm、0.2μm、0.3μm、0.5μm、0.8μm、1μm、1.5μm、2μm、3μm。更進(jìn)一步優(yōu)選地，所述MAX相材料粉末的粒徑范圍為0.1μm～4μm。優(yōu)選地，所述碳化硅粉末的粒徑為0.1～5μm。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述碳化硅粉末的粒徑范圍上限選自5μm、4.5μm、4μm、3.5μm、3μm、2.5μm、2μm、1.5μm、1μm；所述碳化硅粉末的粒徑范圍下限選自0.1μm、0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.8μm、1μm。更進(jìn)一步優(yōu)選地，所述碳化硅粉末的粒徑為0.1μm～2μm。優(yōu)選地，所述燒制過程在氮?dú)?、氬氣、氦氣氛圍中進(jìn)行。根據(jù)本申請(qǐng)的又一個(gè)方面，提供了一種碳化硅基復(fù)合材料，所述碳化硅基復(fù)合材料的維氏硬度大于4GPa；所述碳化硅基復(fù)合材料由上述任一種所述方法制備得到。所述碳化硅基復(fù)合材料具備碳化硅陶瓷性能的同時(shí)還具有良好的機(jī)械加工性能。優(yōu)選地，所述碳化硅基復(fù)合材料在試驗(yàn)力參數(shù)為4.9N的條件下的維氏硬度大于4GPa且小于30Gpa。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述碳化硅基復(fù)合材料在試驗(yàn)力參數(shù)為4.9N的條件下的維氏硬度大于4GPa且小于20Gpa。更進(jìn)一步優(yōu)選地，所述碳化硅基復(fù)合材料在試驗(yàn)力參數(shù)為4.9N的條件下的維氏硬度大于4GPa且小于15Gpa。本申請(qǐng)能產(chǎn)生的有益效果包括：1)本申請(qǐng)所提供的方法，具有原料簡(jiǎn)單易得、制備成本低的優(yōu)勢(shì)。2)本申請(qǐng)所提供的方法得到的碳化硅基復(fù)合材料，具備高硬度和抗磨損性能的同時(shí)還具有良好的機(jī)械加工性能。附圖說明圖1為本申請(qǐng)一種實(shí)施方式得到的碳化硅基復(fù)合材料鉆孔加工后的照片。具體實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)施例詳述本申請(qǐng)，但本申請(qǐng)并不局限于這些實(shí)施例。如無特別說明，本申請(qǐng)的實(shí)施例中的原料均通過商業(yè)途徑購買。實(shí)施例1按照表1中的原料、配比和混合方式將MAX相材料粉體與SiC粉體混合，填充入石墨熱壓模具或填充入干壓模具得到圓片狀素坯，在表1的燒結(jié)條件下燒結(jié)，自然冷卻到室溫，得到的樣品分別記為樣品A1～A7。表1原料、配比、混合方式及燒結(jié)條件對(duì)比例1原料中僅有平均粒徑為5μm的MAX相Ti3SiC2粉體，其他均與實(shí)施例2相同。得到的樣品記為樣品D1。對(duì)比例2原料中僅有平均粒徑為5μm的SiC粉體，其他均與實(shí)施例2相同。得到的樣品記為樣品D2。實(shí)施例2分別將實(shí)施例1得到的樣品A1～A7和對(duì)比例1和對(duì)比例2得到的樣品D1、D2取出切割，研磨拋光得到灰色立方塊材。測(cè)試其維氏硬度，見表2。直接用電動(dòng)鉆床打孔，實(shí)施例1得到的樣品A1打孔后的照片見圖1，可見其具備良好的機(jī)械加工性能，鉆孔表面光滑平整。樣品A2～A7的打孔加工結(jié)果與樣品A1的圖1一致。對(duì)比例1得到的樣品D1可直接用電動(dòng)鉆床打孔，但由于其硬度較低，鉆孔過程出現(xiàn)破損，表明其僅使用MAX相材料燒結(jié)得到的材料的硬度不符合機(jī)械加工性能要求。對(duì)比例2得到的樣品D2在直接用電動(dòng)鉆床打孔的過程中發(fā)生脆裂，表明其僅使用SiC粉體燒結(jié)得到的材料難以直接機(jī)械。樣品A1～A7、D1和D2的維氏硬度和機(jī)械加工性能表現(xiàn)見表2。表2樣品機(jī)械加工性能和硬度樣品編號(hào)機(jī)械加工性能維氏硬度(HV0.5)A1可直接機(jī)械鉆孔，鉆孔表面光滑平整4.5GPaA2可直接機(jī)械鉆孔，鉆孔表面光滑平整12.8GPaA3可直接機(jī)械鉆孔，鉆孔表面光滑平整14.1GPaA4可直接機(jī)械鉆孔，鉆孔表面光滑平整7.6GPaA5可直接機(jī)械鉆孔，鉆孔表面光滑平整5.4GPaA6可直接機(jī)械鉆孔，鉆孔表面光滑平整6.5GPaA7可直接機(jī)械鉆孔，鉆孔表面光滑平整12.8GPaD1鉆孔時(shí)破損4.0GPaD2鉆孔時(shí)脆裂22.6GPa以上所述，僅是本申請(qǐng)的幾個(gè)實(shí)施例，并非對(duì)本申請(qǐng)做任何形式的限制，雖然本申請(qǐng)以較佳實(shí)施例揭示如上，然而并非用以限制本申請(qǐng)，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本申請(qǐng)技術(shù)方案的范圍內(nèi)，利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容做出些許的變動(dòng)或修飾均等同于等效實(shí)施案例，均屬于技術(shù)方案范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3