專利名稱：復(fù)雜形狀碳化硅的消失模成型方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種陶瓷制件的成型工藝，特別是基于酚醛樹脂熱解的復(fù) 雜形狀碳化硅的消失模成型方法。
技術(shù)背景,碳化硅陶瓷具有獨(dú)特的高溫強(qiáng)度、優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性、超硬耐磨以及 膨脹系數(shù)低等特點(diǎn)，廣泛的應(yīng)用于先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、能量轉(zhuǎn)換裝置和其它 高溫結(jié)構(gòu)材料的部件。但是，形狀復(fù)雜、凈成型的碳化硅器件的制備一直是關(guān)鍵技術(shù)。美國專利(3859421， 1975)首次提出以糠醇樹脂為碳質(zhì)原料， 各類醇及醇的聚合物為造孔劑制備出多孔碳預(yù)制體，隨后對(duì)其進(jìn)行滲硅制 備得到所謂的反應(yīng)形成碳化硅。因?yàn)檫@種多孔碳以具有流動(dòng)性的液態(tài)混和 物為起始原材料，理論上可以完成任何復(fù)雜形狀碳化硅制備的任務(wù)。中國 專利(CN 1609054A)公開了以光敏樹脂為碳質(zhì)原料，結(jié)合光固化快速成 型技術(shù)，制得復(fù)雜形狀的碳化硅制件。這種方法存在一定的局限性，既光 敏樹脂的價(jià)格較高以及殘?zhí)悸瘦^低。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種無需脫模、成本低、 一次性成型制備方法， 復(fù)雜形狀碳化硅的消失模成型方法。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是1)固化成型根據(jù)制件實(shí)際要求，釆用聚乙烯泡沫加工模具，按6.25:6.25:1的重量比將酚醛樹脂、乙二醇和苯磺酰氯在室溫下攪拌
30min，把酚醛樹脂的混和物澆注到模具中，進(jìn)行固化處理；2) 碳化在N2保護(hù)下進(jìn)行碳化，由室溫升至600 80(TC保溫lh，升 溫速率為1. 5'C/min，完成保溫后隨爐冷卻至30CTC以下停止供&得到多 孔碳預(yù)制體；3) 滲硅在石墨坩堝中放入工業(yè)硅粒，多孔碳預(yù)制體平置于硅粒上， 然后將坩堝放入真空電阻爐中，抽真空并以8。C/min升溫速度加熱到 80(TC后停止抽真空，再通入N2氣，并以6'C/min升溫速度繼續(xù)加熱至 1550。C，保溫30 120min;4) 排硅保溫后再次抽真空，并升溫至155(TC 165(TC，保溫10 30min，冷卻后即制得碳化硅制件。本發(fā)明的酚醛樹脂采用2130#熱固性酚醛樹脂；固化處理為在50'C 下保溫2 3h，隨后由6(TC升至14(TC 180。C保溫16h，升溫速率為 1.5°C/h，自然冷卻即可。本發(fā)明以成品酚醛樹脂為碳質(zhì)原料，以低成本的聚乙烯泡沫為模具， 先根據(jù)制件實(shí)際要求設(shè)計(jì)并加工模具，把酚醛樹脂混合物澆注到模具中， 通過固化成型，隨后經(jīng)碳化，其模具在碳化過程中因高溫分解而自行去除， 得到孔結(jié)構(gòu)均勻分布的多孔碳預(yù)制體，進(jìn)一步制備出形狀復(fù)雜的碳化硅制 件。


圖1為實(shí)施例1中多孔碳預(yù)制體的顯微形貌圖；圖2為實(shí)施例1中碳化硅的光學(xué)顯微組織圖；圖3為實(shí)施例1中碳化硅的斷口形貌圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
實(shí)施例l:固化成型根據(jù)制件實(shí)際要求，采用聚乙烯泡沫加工模具，按6. 25:6. 25:1的重量比將2130ft熱固性酚醛樹脂、乙二醇和苯磺酰氯在 室溫下攪拌30min，把酚醛樹脂的混和物澆注到模具中，在5(TC下保溫2h， 隨后由60。C升至14(TC保溫16h,升溫速率為1. 5°C/h，自然冷卻；碳化: 在N2保護(hù)下進(jìn)行碳化，由室溫升至60(TC保溫lh，升溫速率為1. 5°C/min， 完成保溫后隨爐冷卻至30(TC以下停止供N2得到多孔碳預(yù)制體；滲硅在 石墨坩堝中放入工業(yè)硅粒，多孔碳預(yù)制體平置于硅粒上，然后將坩堝放入 真空電阻爐中，抽真空并以8'C/min升溫速度加熱到80(TC后停止抽真空， 再通入N2氣，并以6'C/min升溫速度繼續(xù)加熱至1550'C，保溫30min;排 硅保溫后再次抽真空，并升溫至155(TC，保溫10min，冷卻后即制得密 度為3.03g/cm3的碳化硅制件。碳預(yù)制體的孔呈交聯(lián)互通狀，且孔的大小 在納米級(jí)別，參見圖1。制備得到的碳化硅制件較致密，且碳化硅晶粒的 大小約l微米，參見圖2， 3。實(shí)施例2:固化成型根據(jù)制件實(shí)際要求，采用聚乙烯泡沫加工模具， 按6. 25:6.25:1的重量比將2130#熱固性酚醛樹脂、乙二醇和苯磺酰氯在 室溫下攪拌30min，把酚醛樹脂的混和物澆注到模具中，在50'C下保溫3h， 隨后由60。C升至16(TC保溫16h，升溫速率為1. 5'C/h，自然冷卻；碳化 在N2保護(hù)下進(jìn)行碳化，由室溫升至75(TC保溫lh，升溫速率為1.5°C/min， 完成保溫后隨爐冷卻至30(TC以下停止供N2得到多孔碳預(yù)制體；滲硅在 石墨坩堝中放入工業(yè)硅粒，多孔碳預(yù)制體平置于硅粒上，然后將坩堝放入 真空電阻爐中，抽真空并以8'C/min升溫速度加熱到8(XrC后停止抽真空， 再通入N2氣，并以6'C/min升溫速度繼續(xù)加熱至155(TC，保溫60min;排 硅保溫后再次抽真空，并升溫至162(TC，保溫25min，冷卻后即制得碳 化硅制件。實(shí)施例3:固化成型根據(jù)制件實(shí)際要求，采用聚乙烯泡沫加工模具，按6.25:6.25:1的重量比將2130#熱固性酚醛樹脂、乙二醇和苯磺酰氯在 室溫下攪拌30min，把酚醛樹脂的混和物澆注到模具中，在5(TC下保溫 2. 5h，隨后由6(TC升至15(TC保溫16h,升溫速率為1. 5°C/h，自然冷卻； 碳化在N2保護(hù)下進(jìn)行碳化，由室溫升至800'C保溫lh，升溫速率為 1. 5°C/min，完成保溫后隨爐冷卻至30CTC以下停止供&得到多孔碳預(yù)制 體；滲硅在石墨坩堝中放入工業(yè)硅粒，多孔碳預(yù)制體平置于硅粒上，然 后將坩堝放入真空電阻爐中，抽真空并以8°C/min升溫速度加熱到800°C 后停止抽真空，再通入N2氣，并以6TVmin升溫速度繼續(xù)加熱至155(TC， 保溫100min;排硅保溫后再次抽真空，并升溫至1580。C，保溫15min， 冷卻后即制得碳化硅制件。實(shí)施例4:固化成型根據(jù)制件實(shí)際要求，釆用聚乙烯泡沫加工模具，按6. 25:6. 25:1的重量比將2130#熱固性酚醛樹脂、乙二醇和苯磺酰氯在 室溫下攪拌30min，把酚醛樹脂的混和物澆注到模具中，在5(TC下保溫3h， 隨后由60-C升至18(TC保溫16h，升溫速率為1.5。C/h，自然冷卻；碳化 在N2保護(hù)下進(jìn)行碳化，由室溫升至650'C保溫lh，升溫速率為1.5°C/min， 完成保溫后隨爐冷卻至30(TC以下停止供N2得到多孔碳預(yù)制體；滲硅在 石墨坩堝中放入工業(yè)硅粒，多孔碳預(yù)制體平置于硅粒上，然后將坩堝放入 真空電阻爐中，抽真空并以8°C/min升溫速度加熱到80(TC后停止抽真空， 再通入N2氣，并以6°C/min升溫速度繼續(xù)加熱至1550°C，保溫120min; 排硅保溫后再次抽真空，并升溫至1600。C，保溫20min，冷卻后即制得 碳化硅制件。
實(shí)施例5:固化成型根據(jù)制件實(shí)際要求，采用聚乙烯泡沫加工模具，按6. 25:6. 25:1的重量比將2130tt熱固性酚醛樹脂、乙二醇和苯磺酰氯在 室溫下攪拌30min,把酚醛樹脂的混和物澆注到模具中，在5(TC下保溫2h， 隨后由60"C升至17(TC保溫16h，升溫速率為1. 5°C/h，自然冷卻；碳化 在N2保護(hù)下進(jìn)行碳化，由室溫升至700'C保溫lh，升溫速率為1.5°C/min， 完成保溫后隨爐冷卻至30CTC以下停止供N2得到多孔碳預(yù)制體；滲硅在 石墨坩堝中放入工業(yè)硅粒，多孔碳預(yù)制體平置于硅粒上，然后將坩堝放入 真空電阻爐中，抽真空并以8'C/min升溫速度加熱到80(TC后停止抽真空， 再通入N2氣，并以6""C/min升溫速度繼續(xù)加熱至155(TC，保溫80min;排 硅保溫后再次抽真空，并升溫至165(TC，保溫30min，冷卻后即制得碳 化硅制件。
權(quán)利要求
1、復(fù)雜形狀碳化硅的消失模成型方法，其特征在于包括下述步驟1)固化成型根據(jù)制件實(shí)際要求，采用聚乙烯泡沫加工模具，按6.25∶6.25∶1的重量比將酚醛樹脂、乙二醇和苯磺酰氯在室溫下攪拌30min，把酚醛樹脂的混和物澆注到模具中，進(jìn)行固化處理；2)碳化在N2保護(hù)下進(jìn)行碳化，由室溫升至600～800℃保溫1h，升溫速率為1.5℃/min，完成保溫后隨爐冷卻至300℃以下停止供N2得到多孔碳預(yù)制體；3)滲硅在石墨坩堝中放入工業(yè)硅粒，多孔碳預(yù)制體平置于硅粒上，然后將坩堝放入真空電阻爐中，抽真空并以8℃/min升溫速度加熱到800℃后停止抽真空，再通入N2氣，并以6℃/min升溫速度繼續(xù)加熱至1550℃，保溫30～120min；4)排硅保溫后再次抽真空，并升溫至1550℃～1650℃，保溫10～30min，冷卻后即制得碳化硅制件。
2、 權(quán)利要求1所述復(fù)雜形狀碳化硅的消失模成型方法，其特征在于 所說的酚醛樹脂采用2130#熱固性酚酸樹脂。
3、 權(quán)利要求1所述復(fù)雜形狀碳化硅的消失模成型方法，其特征在于: 所說的固化處理為在5CTC下保溫2 3h，隨后由6(TC升至140°C 180°C 保溫16h，升溫速率為1.5°C/h，自然冷卻即可。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種復(fù)雜形狀碳化硅的消失模成型方法。首先根據(jù)制件實(shí)際要求，設(shè)計(jì)及加工聚乙烯泡沫模具，把酚醛樹脂混合物澆注到模具中，經(jīng)固化成型及碳化制備得到一定形狀的多孔碳預(yù)制體。聚乙烯泡沫模具則在碳化過程中因高溫分解而自行去除。隨后對(duì)多孔碳預(yù)制體進(jìn)行原位反應(yīng)制備出復(fù)雜形狀的適于腐蝕、磨損、高溫環(huán)境使用的碳化硅制件。該方法有效的解決了碳化硅復(fù)雜形狀制件制備問題。具有低成本、一次性成型以及易工業(yè)化生產(chǎn)等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C04B35/565GK101209922SQ20071030770
公開日2008年7月2日 申請(qǐng)日期2007年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月21日
發(fā)明者喬冠軍, 徐順建, 李滌塵, 楊建鋒, 王紅潔, 王繼平, 高積強(qiáng) 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)