一種具有低電阻率、線性電阻特性的碳化硅/石墨復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種具有低電阻率、線性電阻特性的碳化硅/石墨復(fù)合材料及其制備方法，所述碳化硅/石墨復(fù)合材料由碳化硅相和在燒結(jié)過(guò)程中由碳相轉(zhuǎn)變而來(lái)的石墨相組成，不含第三相物質(zhì)，所述石墨相的含量為10?20wt%，所述碳化硅/石墨復(fù)合材料的熱導(dǎo)率為110?160W·m?1·K?1，直流電阻率為10～750Ω·cm且不隨電壓變化，交流電阻模值為0.5～45Ω且不隨頻率變化。本發(fā)明的復(fù)合材料僅含碳化硅和石墨相，不含第三相物質(zhì)，通過(guò)調(diào)節(jié)石墨相的含量可以獲得具有高熱導(dǎo)性、低電阻率、線性電阻特性的碳化硅/石墨復(fù)合材料。
【專利說(shuō)明】
一種具有低電阻率、線性電阻特性的碳化硅/石墨復(fù)合材料及 其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及有低電阻率和線性電阻特征碳化硅/石墨復(fù)合材料的制備方法，屬于 復(fù)合材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 碳化硅陶瓷由于具有良好耐酸堿腐蝕性、機(jī)械性能和抗氧化性能、較高的抗熱震 性以及在極高的溫度下有良好的尺寸性等物理與化學(xué)性能，可用于放射性、腐蝕性、易爆、 高溫等諸多復(fù)雜工況條件。同時(shí)，有望成為苛刻環(huán)境下運(yùn)行的電子元件。
[0003] 但常壓燒結(jié)的SiC具有半導(dǎo)體特性，限制其應(yīng)用。有研究表明：高純SiC具有1012 Ω · cm數(shù)量級(jí)的高電阻率，但當(dāng)有鐵、氮等雜質(zhì)存在時(shí)，電阻率則會(huì)減小到零點(diǎn)幾 Ω · cm， 電阻率變化的范圍與雜質(zhì)種類和數(shù)量密切相關(guān)。為滿足不同領(lǐng)域的應(yīng)用，需要將SiC陶瓷的 電阻率調(diào)控在不同的范圍內(nèi)。
[0004] SiC陶瓷的電性能研究有以下三個(gè)方面：（1)開(kāi)展導(dǎo)電SiC陶瓷研究，主要是通過(guò)氮 摻雜進(jìn)入SiC晶格，使其導(dǎo)電。YW Kim等通過(guò)在SiC陶瓷中加入少量硝酸釔或氮化鋁和稀土 氧化物、KJ Kim等通過(guò)在SiC陶瓷中加入少量氧化釔和氮化物實(shí)現(xiàn)SiC陶瓷導(dǎo)電研究，目標(biāo) 是開(kāi)展其電火花加工，解決SiC陶瓷硬度高、脆性大、復(fù)雜形狀難以加工的難題。（2)開(kāi)展高 熱導(dǎo)、半導(dǎo)體SiC陶瓷研究，主要是通過(guò)添加燒結(jié)助劑氧化鋁和氧化釔、或其他稀土氧化物 組合來(lái)提高其熱導(dǎo)率，調(diào)節(jié)電性能，開(kāi)發(fā)其用作半導(dǎo)體基板。（3)開(kāi)展高絕緣SiC陶瓷研究， 主要開(kāi)發(fā)其未來(lái)在大功率、高頻、高溫等電子元器件上的應(yīng)用。
[0005] 目前，SiC電性能研究基本集中在高絕緣方面，作為材料集成電路封裝Si基板的替 代材料。Vo 1 z等人通過(guò)在埋粉中添加 VSi 2，通過(guò)埋粉蒸汽向樣品本體的擴(kuò)散，將燒結(jié)S i C樣 品的電阻率提高到2Χ101()Ω cm，達(dá)到了高絕緣的目的。Lim等人則通過(guò)以氧化鋁和氧化釔為 燒結(jié)助劑，熱壓液相燒結(jié)的方式制備了高電阻率的SiC陶瓷。在研究中，他們發(fā)現(xiàn)隨著燒結(jié) 助劑的含量從lVol %增加到lOVol %，材料的電阻率從3.0 X ΙΟ6 Ω cm增加到1.3 X ΙΟ8 Ω cm。 高電阻率來(lái)源于Al2〇3中的A1雜質(zhì)取代了 Si的位置，作為深受主能級(jí)，捕獲載流子。且通過(guò)將 Al2〇3替換為A1N，他們制備出了電阻率高達(dá)1.3\101<3〇(^的31(：陶瓷，所用燒結(jié)助劑為 3Vol%AlN-YAG〇
[0006] 上述發(fā)明均通過(guò)添加低熔點(diǎn)氧化物或低熔點(diǎn)金屬來(lái)制備，在調(diào)節(jié)碳化硅陶瓷電阻 的同時(shí)，會(huì)損傷材料的耐化學(xué)腐蝕性能等。研究發(fā)現(xiàn)碳、石墨相是非常好的導(dǎo)電導(dǎo)熱相，因 此設(shè)計(jì)將碳或石墨相引入到材料中提高其電學(xué)、熱學(xué)性能。
[0007] 美國(guó)專利US 5422322公開(kāi)了一種致密的自燒結(jié)的碳化硅/碳-石墨復(fù)合材料和一 種用于制造復(fù)該合材料的方法。該復(fù)合材料包括碳化硅基體，2-30wt%的碳-石墨，碳-石墨 由石墨表面包裹一層碳的前驅(qū)體構(gòu)成，含10_20wt %石墨，至少5wt %的碳前驅(qū)體粘結(jié)劑如 酚醛樹(shù)脂等和(〇.l-15wt%)少量的燒結(jié)助劑，如硼和游離碳。上述原料混合制備漿料，經(jīng)造 粒、干壓、脫粘、燒成制備出復(fù)合材料。復(fù)合材料中碳化硅粒度在2和15微米之間，碳石墨的 晶粒直徑在10和75微米之間，且密度至少為理論密度的80%。
[0008] US4692418公開(kāi)的碳化硅/碳復(fù)合陶瓷體，具有非常均勻的細(xì)晶粒顯微結(jié)構(gòu)。含至 少50 %的碳化硅，且其顆粒粒徑不超過(guò)約5微米，石墨顆粒的平均粒度小于碳化硅顆粒粒徑 且均勻分散，且密度至少為理論密度的75%。通過(guò)微孔生坯滲透法在約1900°C惰性氣氛或 真空中的燒結(jié)溫度下制成。
[0009] US 5968653本發(fā)明公開(kāi)了一個(gè)碳-石墨/碳化硅復(fù)合制品。在優(yōu)選實(shí)施例中，復(fù)合 制品包括致密的碳化硅體，兩個(gè)間隙區(qū)域：（1)含有豐富的金屬硅的致密層和(2) -個(gè)小的 碳化硅/金屬/碳-石墨層和碳-石墨體。
[0010] 上述制備的碳-石墨/碳化硅復(fù)合制品或碳化硅/碳復(fù)合陶瓷體材料的物相為碳化 硅、石墨和/或碳，致密度均不高。且碳相的導(dǎo)電性能低于石墨，而低的致密度導(dǎo)致材料中大 量的氣孔存在，二者共同作用會(huì)降低材料的電學(xué)和熱學(xué)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供了一種制備具有低電阻率、線性電阻和高 的熱導(dǎo)率特征的碳化硅/石墨復(fù)合材料、其制備方法以及調(diào)節(jié)碳化硅的熱導(dǎo)率和電學(xué)性能 的方法。
[0012] -方面，本發(fā)明提供了碳化硅/石墨復(fù)合材料，所述碳化硅/石墨復(fù)合材料由碳化 硅相和在燒結(jié)過(guò)程中由碳相轉(zhuǎn)變而來(lái)的石墨相組成，不含第三相物質(zhì)，所述石墨相的含量 為10-20wt%，所述碳化硅/石墨復(fù)合材料的熱導(dǎo)率為110-160W · πΓ1 · ΙΓ1，直流電阻率為10 ~750Ω · cm且不隨電壓變化，交流電阻模值為0.5~45Ω且不隨頻率變化。
[0013] 本發(fā)明的復(fù)合材料僅含碳化硅和石墨相，不含第三相物質(zhì)，通過(guò)調(diào)節(jié)石墨相的含 量可以獲得具有高熱導(dǎo)性、低電阻率、線性電阻特性的碳化硅/石墨復(fù)合材料。
[0014] 較佳地，所述碳化硅/石墨復(fù)合材料的相對(duì)密度為90%以上。
[0015] 另一方面，本發(fā)明提供一種制備上述復(fù)合材料的方法，包括： 將碳化硅與碳源的混合粉體成型制得素坯，其中所述碳源為無(wú)定形碳和熱固性酚醛樹(shù) 脂的混合物；以及 將所得陶瓷素坯在800~1200 °C下脫粘后于氬氣氣氛中在2150~2250 °C下燒結(jié)1~3小 時(shí)以使碳相轉(zhuǎn)變?yōu)槭嗟玫剿鎏蓟?石墨復(fù)合材料。
[0016] 本發(fā)明的添加的熱固性酚醛樹(shù)脂既能作為碳源又能起到粘結(jié)劑的作用，無(wú)需額外 添加粘結(jié)劑。
[0017] 此外，本發(fā)明以有機(jī)碳源(例如，熱固性酚醛樹(shù)脂)和無(wú)定型碳為碳源通過(guò)引入碳， 通過(guò)調(diào)節(jié)總碳源的含量，經(jīng)過(guò)燒結(jié)工藝控制使碳相全部轉(zhuǎn)變?yōu)槭啵箯?fù)合材料僅包括 碳化硅相和石墨相兩相。其中，添加的有機(jī)碳源其裂解過(guò)程中產(chǎn)生的納米碳具有高的反應(yīng) 活性，利于較低溫度下快速去除碳化硅表面氧化硅，在材料燒結(jié)致密化方面具有明顯優(yōu)勢(shì)， 并實(shí)現(xiàn)致密化燒結(jié)。添加的無(wú)機(jī)碳源在阻礙碳化硅晶粒長(zhǎng)大具有顯著的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)碳化硅 基材料的低電阻率、線性電阻、高熱導(dǎo)率，有望應(yīng)用于電池模塊及其他領(lǐng)域。
[0018] 較佳地，無(wú)定形碳和熱固性酚醛樹(shù)脂的投料比為(7~17)g:10ml。
[0019] 又一方面，本發(fā)明提供一種調(diào)節(jié)碳化硅的熱導(dǎo)率和電學(xué)性能的方法，所述方法包 括以碳化硅與碳源的混合粉體為原料，成型制得素坯在800~1200°C下脫粘后于氬氣氣氛 中在2150~2250°C下燒結(jié)1~3小時(shí)以使碳相轉(zhuǎn)變?yōu)槭嗪笈c碳化硅復(fù)合，通過(guò)控制碳源 的添加量和碳源的種類調(diào)節(jié)碳化硅的熱導(dǎo)率和電學(xué)性能。
[0020] 較佳地，本發(fā)明以熱固性酚醛樹(shù)脂或者無(wú)定形碳和熱固性酚醛樹(shù)脂的混合物為碳 源，控制碳源的添加量為10~20wt%且無(wú)定形碳和熱固性酚醛樹(shù)脂的投料比為（7~17)g: l〇ml以使碳化硅的熱導(dǎo)率在110-160W · nf1 · IT1之間可調(diào)，直流電阻率為10~750Ω · cm之 間可調(diào)。
【附圖說(shuō)明】
[0021] 圖1為實(shí)施例1制備的石墨相含量為10wt%的SiC/石墨復(fù)合材料的形貌圖； 圖2為實(shí)施例1、2、5制備的石墨相含量分別為10wt%、15wt%以及20wt%的SiC/石墨復(fù) 合材料的電學(xué)性能圖； 圖3為實(shí)施例2制備的含碳量為15wt %的SiC/石墨復(fù)合材料的形貌圖； 圖4為實(shí)施例3制備的含碳量為20wt %的SiC/石墨復(fù)合材料形貌圖； 圖5為實(shí)施例4制備的含碳量為20wt %的SiC/石墨復(fù)合材料的形貌圖； 圖6為實(shí)施例4和6制備的不同碳源比例的含碳量為20wt%的SiC/石墨復(fù)合材料的電學(xué) 性能圖； 圖7為實(shí)施例5制備的含碳量為20wt %的SiC/石墨復(fù)合材料的形貌圖； 圖8為實(shí)施例6制備的含碳量為20wt %的SiC/石墨復(fù)合材料的形貌圖； 圖9為實(shí)施例6制備的含碳量為20wt%的SiC/石墨復(fù)合材料的XRD圖譜。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 以下結(jié)合實(shí)施方式進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，應(yīng)理解，下述實(shí)施方式僅用于說(shuō)明本發(fā)明， 而非限制本發(fā)明。
[0023] 本發(fā)明以無(wú)定形碳、熱固性酚醛樹(shù)脂和碳化硅為原料并通過(guò)調(diào)節(jié)含碳量，經(jīng)混料、 成型、脫粘、燒結(jié)后得到碳化硅/石墨復(fù)合材料，所述碳化硅/石墨復(fù)合材料包括碳化硅相和 在燒結(jié)過(guò)程中由碳相轉(zhuǎn)變而來(lái)的石墨相，所述石墨相的含量可為10_20wt%。因在燒結(jié)過(guò)程 中由生成碳源轉(zhuǎn)變成石墨相，屬于碳源含量(也可稱含碳量)和石墨相的含量相同。
[0024] 以下示例性地說(shuō)明本發(fā)明提供的碳化硅/石墨復(fù)合材料的制備方法。
[0025] 本發(fā)明采用碳化硅粉體、無(wú)定形碳粉體、熱固性酚醛樹(shù)脂按配比在水或無(wú)水乙醇 溶劑中，經(jīng)過(guò)球磨充分混合(例如，通過(guò)球磨機(jī)或砂磨機(jī)混合)制備出陶瓷漿料。其中無(wú)定形 碳粉體和熱固性酚醛樹(shù)脂作為復(fù)合碳源能產(chǎn)生的碳的含量為10-20%。熱固性酚醛樹(shù)脂還 可在粉料成型時(shí)作為粘結(jié)劑起粘結(jié)粉體作用，因此無(wú)需額外添加粘結(jié)劑。有熱固性酚醛樹(shù) 脂的添加量，其高溫裂解碳含量可為粉體總質(zhì)量(碳化硅粉體、無(wú)定形碳粉體、有機(jī)碳源總 質(zhì)量)的l-20wt%，占復(fù)合碳源的5-lOOwt%。其中溶劑可為水或無(wú)水乙醇，混合后制成陶瓷 漿料。
[0026] 再將陶瓷漿料直接烘干(例如，再烘箱中60 °C下干燥12小時(shí))或噴霧造粒制備出陶 瓷粉體。
[0027] 將陶瓷粉體經(jīng)研磨、過(guò)篩后再通過(guò)干壓成型和/或等靜壓成型或注模成型，得到陶 瓷素坯。本發(fā)明的成型方式可選為干壓成型和/或等靜壓成型，或者直接注模成型。作為一 個(gè)示例，將陶瓷粉體經(jīng)研磨后，過(guò)60目篩，40MPa下干壓成型，后經(jīng)200MPa等靜壓成型備出復(fù) 合材料素坯。
[0028]先將陶瓷素坯經(jīng)脫粘。再放在一定的燒結(jié)氣氛(例如，氬氣）中在2150~2250°C下 燒結(jié)1~3小時(shí)得到碳化硅/石墨復(fù)合材料。其中脫粘的氣氛可為真空，脫粘的溫度可為800 ~1200。。。
[0029]經(jīng)吉時(shí)利2450直流電阻測(cè)試儀測(cè)得本發(fā)明制備的碳化硅/石墨復(fù)合材料的直流電 阻率值不隨電壓變化，具有線性特性，電阻率值范圍為10~750Ω · cm。
[0030]經(jīng)Agilent E4990A精密阻抗分析儀測(cè)得本發(fā)明制備的碳化娃/石墨復(fù)合材料的交 流電阻值不隨交流頻率而變化，具有線性特征，電阻模值范圍為〇. 5~45 Ω。
[0031] 經(jīng)NETZSCH LFA447儀器測(cè)得本發(fā)明制備的碳化硅/石墨復(fù)合材料的熱導(dǎo)率可為 110-160W · m-1 · K-、
[0032] 經(jīng)Instron 1195測(cè)得本發(fā)明制備的復(fù)合材料的抗折強(qiáng)度為300~446MPa。相對(duì)密 度達(dá)到90%以上。
[0033] 下面進(jìn)一步例舉實(shí)施例以詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。同樣應(yīng)理解，以下實(shí)施例只用于對(duì)本 發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本發(fā) 明的上述內(nèi)容作出的一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。下述示例具體的 工藝參數(shù)等也僅是合適范圍中的一個(gè)示例，即本領(lǐng)域技術(shù)人員可以通過(guò)本文的說(shuō)明做合適 的范圍內(nèi)選擇，而并非要限定于下文示例的具體數(shù)值。
[0034] 實(shí)施例1 將90g碳化硅、7g無(wú)定形碳和10ml熱固性酚醛樹(shù)脂（其高溫裂解碳含量為粉體總量的 3. Owt % )等原料在無(wú)水乙醇中通過(guò)行星球磨機(jī)充分混合均勻，制備出漿料，在烘箱中60°C 干燥12h。經(jīng)研磨后，過(guò)60目篩，40MPa下干壓成型，后經(jīng)200MPa等靜壓成型備出復(fù)合材料素 坯。制備的復(fù)合材料素坯在真空條件下，經(jīng)800°C脫粘，脫粘后的坯體在氬氣條件下，經(jīng)2150 °C保溫1小時(shí)燒成。制備的復(fù)合材料(編號(hào)10C90SiC，參見(jiàn)圖2中標(biāo)記T)致密，微觀結(jié)構(gòu)均 勻，抗折強(qiáng)度為446.8 ± 83. IMPa，相對(duì)密度為99.5 %，熱導(dǎo)率為154.02W · m-1 · K-1，直流電 阻率為705 Ω · cm，交流電阻模值為45 Ω。具體形貌見(jiàn)圖1，交流阻抗譜Bode圖見(jiàn)圖2。
[0035] 實(shí)施例2 將85g碳化硅、12g無(wú)定形碳和10ml熱固性酚醛樹(shù)脂(其高溫裂解碳含量為粉體總量的 3. Owt % )等原料在無(wú)水乙醇中通過(guò)行星球磨機(jī)充分混合均勻，制備出漿料，在烘箱中60°C 干燥12h。經(jīng)研磨后，過(guò)60目篩，40MPa下干壓成型，后經(jīng)200MPa等靜壓成型備出復(fù)合材料素 坯。制備的復(fù)合材料素坯在真空條件下，經(jīng)900°C脫粘，脫粘后的坯體在氬氣條件下，經(jīng)2200 °C保溫1小時(shí)燒成。制備的復(fù)合材料(編號(hào)15C85SiC，參見(jiàn)圖2中標(biāo)記"2"）致密，微觀結(jié)構(gòu)均 勻，抗折強(qiáng)度為368.1 ± 79.6MPa，相對(duì)密度為93.6 %，熱導(dǎo)率為132.20W · m-1 · K-1，直流電 阻率為63.04 Ω · cm，交流電阻模值為1.76 Ω。具體形貌見(jiàn)圖3,交流阻抗譜Bode圖見(jiàn)圖2。
[0036] 實(shí)施例3 將80g碳化硅、17g無(wú)定形碳和10ml熱固性酚醛樹(shù)脂(其高溫裂解碳含量為粉體總量的 3. Owt % )等原料在無(wú)水乙醇中通過(guò)行星球磨機(jī)充分混合均勻，制備出漿料，在烘箱中60°C 干燥12h。經(jīng)研磨后，過(guò)60目篩，40MPa下干壓成型，后經(jīng)200MPa等靜壓成型備出復(fù)合材料素 坯。制備的復(fù)合材料素坯在真空條件下，經(jīng)l〇〇〇°C脫粘，脫粘后的坯體在氬氣條件下，經(jīng) 2200°C保溫1小時(shí)燒成。制備的復(fù)合材料(編號(hào)3R17C80SiC)致密，微觀結(jié)構(gòu)均勻，抗折強(qiáng)度 為306.2±60.1]\0^，相對(duì)密度為90.7%，熱導(dǎo)率為110.80￥.111-1.1(-1，直流電阻率為30 Ω · cm，交流電阻模值為1.10 Ω。具體形貌見(jiàn)圖4,交流阻抗譜Bode圖見(jiàn)圖2。
[0037] 實(shí)施例4 將80g碳化硅、14g無(wú)定形碳和20ml熱固性酚醛樹(shù)脂(其高溫裂解碳含量為粉體總量的 6.Owt% )等原料在無(wú)水乙醇中通過(guò)行星球磨機(jī)充分混合均勾，經(jīng)噴霧造粒制備原料粉體， 40MPa下干壓成型，后經(jīng)200MPa等靜壓成型備出復(fù)合材料素坯。制備的復(fù)合材料素坯在真空 條件下，經(jīng)1200 °C脫粘，脫粘后的坯體在氬氣條件下，經(jīng)2250 °C保溫1.5小時(shí)燒成。制備的復(fù) 合材料(編號(hào)6R14C80SiC，參見(jiàn)圖6中標(biāo)記"2"）致密，微觀結(jié)構(gòu)均勻，熱導(dǎo)率為103.78W · m 4 · ΙΓ1，直流電阻率為2.23 Ω · cm，交流電阻模值約為1.4 Ω。具體形貌見(jiàn)圖5,交流阻抗譜 Bode圖見(jiàn)圖6。
[0038] 實(shí)施例5 將80g碳化硅、68ml熱固性酚醛樹(shù)脂(其高溫裂解碳含量為粉體總量的20wt%)等原料 在無(wú)水乙醇中通過(guò)行星球磨機(jī)充分混合均勾，經(jīng)噴霧造粒制備原料粉體。40MPa下干壓成 型，后經(jīng)200MPa等靜壓成型備出復(fù)合材料素坯。制備的復(fù)合材料素坯在真空條件下，經(jīng)1200 °C脫粘，脫粘后的坯體在氬氣條件下，經(jīng)2200°C保溫1小時(shí)燒成。制備的復(fù)合材料（編號(hào) 20R80SiC，參見(jiàn)圖2中標(biāo)記"3"）致密，微觀結(jié)構(gòu)均勻，熱導(dǎo)率為115.20W · πΓ1 · ΙΓ1，直流電阻 率為3.76 Ω · cm，交流電阻模值約為1.5 Ω。具體形貌見(jiàn)圖7。
[0039] 實(shí)施例6 將80g碳化硅、19g無(wú)定形碳和3.3ml (其高溫裂解碳含量為粉體總量的1. Owt % )等原料 在無(wú)水乙醇中通過(guò)行星球磨機(jī)充分混合均勻，制備出漿料，在烘箱中60°C干燥12h。經(jīng)研磨 后，過(guò)60目篩，40MPa下干壓成型，后經(jīng)200MPa等靜壓成型備出復(fù)合材料素坯。制備的復(fù)合材 料素坯在真空條件下，經(jīng)1200 °C脫粘，脫粘后的坯體在氬氣條件下，經(jīng)2250 °C保溫1.5小時(shí) 燒成。制備的復(fù)合材料(編號(hào)lR19C80SiC，參見(jiàn)圖6中標(biāo)記"1"）致密，微觀結(jié)構(gòu)均勻，熱導(dǎo)率 為93.5W · πΓ1 · ΙΓ1，直流電阻率為3.78Ω · cm，交流電阻模值約為0.3Ω。具體形貌見(jiàn)圖8， 交流阻抗譜Bode圖見(jiàn)圖6，XRD圖譜見(jiàn)圖9;
[0040] 圖1、圖3、圖4分別相同有機(jī)碳源含量且不同總含碳量的SiC/石墨復(fù)合材料的形貌 圖，其有機(jī)碳源高溫裂解的碳含量占總粉體的3wt %，但總碳源分別占總粉體為10wt %、 15wt %、20wt %遞增。由圖對(duì)比可知，所有樣品的微觀均勻，石墨相均勻的分布在碳化 硅基體中，且隨著總碳含量的增加（g卩，在有機(jī)碳源一定情況下，無(wú)定型碳含量的增加），材 料碳化硅晶粒尺寸降低，微觀氣孔稍有增加。
[0041] 圖8、圖4、圖5、圖7分別為不同碳源比例的總含碳量都為20wt%的SiC/石墨復(fù)合材 料的形貌圖，其有機(jī)碳源高溫裂解碳含量占總碳源比例分別為5wt%、15wt%、30wt%、 lOOwt%，可知隨著有機(jī)碳源高溫裂解碳含量比例的增加，添加的大顆粒的無(wú)機(jī)碳源降 低，材料的微觀結(jié)構(gòu)更加均勻，致密度逐步增加。
[0042] 圖2為含碳量10-20wt%的SiC/石墨復(fù)合材料的電學(xué)性能圖，從表1和圖2可知，隨 碳含量的增加，材料的交流阻抗模值降低，即材料的電阻率降低，且其模值均不隨測(cè)試頻率 (小于1〇 7)的增加而變化。
[0043]圖6為實(shí)施例4和實(shí)施例6制備的不同碳源比例的含碳量都20wt%的SiC/石墨復(fù)合 材料的電學(xué)性能圖，從表1和圖6可知，相同石墨添加量條件下，隨有機(jī)碳源含量增加，材料 的交流阻抗模值稍有增加。
[0044]圖9為實(shí)施例6制備的含碳量為20wt %的SiC/石墨復(fù)合材料的XRD圖譜，從圖9可知 本發(fā)明制備的SiC/石墨復(fù)合材料是由碳化硅相和石墨相兩相組成，無(wú)其他物相存在。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種碳化硅/石墨復(fù)合材料，其特征在于，所述碳化硅/石墨復(fù)合材料由碳化硅相和 在燒結(jié)過(guò)程中由碳相轉(zhuǎn)變而來(lái)的石墨相組成，不含第三相物質(zhì)，所述石墨相的含量為10-20wt%，所述碳化硅/石墨復(fù)合材料的熱導(dǎo)率為110-160W · πΓ1 · ΙΓ1，直流電阻率為10~750 Ω · cm且不隨電壓變化，交流電阻模值為0.5~45Ω且不隨頻率變化。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅/石墨復(fù)合材料，其特征在于，所述碳化硅/石墨復(fù)合材 料的相對(duì)密度為90%以上。3. -種權(quán)利要求1或2所述的碳化硅/石墨復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述制備 方法包括： 將碳化硅與碳源的混合粉體成型制得素坯，其中所述碳源為無(wú)定形碳和熱固性酚醛樹(shù) 脂的混合物；以及 將所得陶瓷素坯在800~1200°C下脫粘后于氬氣氣氛中在2150~2250 °C下燒結(jié)1~3小 時(shí)以使碳相轉(zhuǎn)變?yōu)槭嗟玫剿鎏蓟?石墨復(fù)合材料。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，無(wú)定形碳和熱固性酚醛樹(shù)脂的投料比 為（7~17)g:10ml。5. -種調(diào)節(jié)碳化硅的熱導(dǎo)率和電學(xué)性能的方法，其特征在于，所述方法包括以碳化硅 與碳源的混合粉體為原料，成型制得素坯在800~1200°C下脫粘后于氬氣氣氛中在2150~ 2250°C下燒結(jié)1~3小時(shí)以使碳相轉(zhuǎn)變?yōu)槭嗪笈c碳化硅復(fù)合，通過(guò)控制碳源的添加量和 碳源的種類調(diào)節(jié)碳化硅的熱導(dǎo)率和電學(xué)性能。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，以熱固性酚醛樹(shù)脂或者無(wú)定形碳和熱固性 酚醛樹(shù)脂的混合物為碳源，控制碳源的添加量為10~20wt%且無(wú)定形碳和熱固性酚醛樹(shù)脂 的投料比為(7~17)g:10ml以使碳化硅的熱導(dǎo)率在110-160W · πΓ1 · ΙΓ1之間可調(diào)，直流電阻 率為10~750Ω .cm之間可調(diào)。
【文檔編號(hào)】C04B35/634GK106045520SQ201610367998
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年5月30日
【發(fā)明人】姚秀敏, 黃政仁, 蔣金弟, 劉學(xué)建
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所