1.本發(fā)明屬于碳化硅陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高性能低游離硅含量反應(yīng)燒結(jié) 碳化硅陶瓷材料及其制備方法，以及由該碳化硅陶瓷材料制成的深海用無人滑翔機(jī)耐壓艙殼 體。

背景技術(shù)：

2.碳化硅作為一種重要的結(jié)構(gòu)陶瓷材料，憑借其優(yōu)異的高溫力學(xué)強(qiáng)度、高硬度、高彈 性模量、高耐磨性、高導(dǎo)熱性、耐腐蝕性等性能，不僅應(yīng)用于高溫窯具、燃燒噴嘴、熱交換 器、密封環(huán)、滑動軸承等傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域，還可作為防彈裝甲材料、空間反射鏡、半導(dǎo)體晶圓 制備中夾具材料及核燃料包殼材料。由于sic是由si-c四面體組成的共價鍵性很強(qiáng)的三維 晶體，具有金剛石型結(jié)構(gòu)，燒結(jié)時的擴(kuò)散速率相當(dāng)?shù)停瑫r其顆粒表面覆蓋的氧化層起到擴(kuò) 散勢壘作用，阻礙擴(kuò)散進(jìn)行，因此，純sic是很難燒結(jié)致密的。要制備致密制品，通常采用 熱壓、熱等靜壓、反應(yīng)燒結(jié)及添加燒結(jié)助劑的常壓燒結(jié)等工藝來實現(xiàn)。其中熱壓和熱等靜壓 燒結(jié)工藝由于受到設(shè)備限制，很難制備大尺寸和形狀復(fù)雜的制品；常壓燒結(jié)過程中制品收縮 較大，容易造成制品變形、開裂，難以制備大尺寸及復(fù)雜形狀的制品；反應(yīng)燒結(jié)工藝在較低 的溫度(通常在硅的熔點1410℃以上)下實現(xiàn)制品的致密化，燒結(jié)過程中制品的體積幾乎 不變化，因此反應(yīng)燒結(jié)工藝是制各大尺寸、復(fù)雜形狀碳化佳制品的最有效方法。

3.由反應(yīng)燒結(jié)法制備的碳化硅因溫度低和凈尺寸等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)， 廣泛應(yīng)用于石油化工、航空航天、機(jī)械制造、微電子、激光、汽車、鋼鐵、核工業(yè)等工業(yè)領(lǐng) 域。由于反應(yīng)燒結(jié)碳化硅成品中難免會有未反應(yīng)完的硅相，很大程度上影響了其力學(xué)性能， 尤其是使用時達(dá)到硅的熔點后產(chǎn)品性能急劇下降，限制了反應(yīng)燒結(jié)碳化硅的工作溫度。因此 研究人員近些年在如何提高反應(yīng)燒結(jié)碳化硅的機(jī)械性能展開了各種試驗，包括調(diào)整原料含 量、嘗試不同的成型方法、改變燒結(jié)制度等，從而解決產(chǎn)品密度底，產(chǎn)品燒結(jié)不透徹、反應(yīng) 不完整的系列問題以最終提高其力學(xué)性能。若降低成品里未反應(yīng)的硅相含量以獲得較純的碳 化硅陶瓷，可以改善反應(yīng)燒結(jié)碳化硅的彈性模量、力學(xué)性能及耐腐蝕性能，具有重要的理論 意義和應(yīng)用前景。

4.目前，反應(yīng)燒結(jié)碳化硅陶瓷的制備工藝主要有干壓冷等靜壓成型、凝膠注模成型、 注漿成型和3d打印成型工藝。其中，干壓冷等靜壓成型工藝存在耗時長、易開裂且無法制 備復(fù)雜形狀的素坯等缺點；凝膠注模成型存在素坯成型體系含有毒性等缺點；3d打印無法 制備大尺寸工業(yè)化產(chǎn)品且成本較高。因此本發(fā)明選用注漿成型制備陶瓷素坯，所謂注漿成型 就是將原料經(jīng)混合球磨后得到的漿料注入特定的石膏模具制備出需要的陶瓷素坯。此成型方 法重難點在于制備的漿料具有高固含量同時粘度要低，本發(fā)明通過對原料進(jìn)行優(yōu)化的顆粒級 配方案，并加入少量分散劑、減水劑、增稠劑，球磨后制備出高固含量低粘度的漿料進(jìn)行注 漿成型?，F(xiàn)有的注漿成型方法雖然已經(jīng)能生產(chǎn)出形狀復(fù)雜的素坯，但最終產(chǎn)品的力學(xué)性能存 在較大缺陷，彎曲強(qiáng)度和彈性模量兩者指標(biāo)不能應(yīng)用于大批量工業(yè)化生產(chǎn)

的領(lǐng)域。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

5.針對現(xiàn)有技術(shù)的局限性，本發(fā)明旨在提供一種高性能低游離硅含量反應(yīng)燒結(jié)碳化硅 陶瓷材料及其制備方法，以及由該碳化硅陶瓷材料制成的深海用無人滑翔機(jī)耐壓艙殼體，以 實現(xiàn)提高陶瓷材料的抗彎強(qiáng)度和彈性模量、降低陶瓷材料中游離硅含量的發(fā)明目的。

6.第一方面，本發(fā)明提供一種高性能低游離硅含量反應(yīng)燒結(jié)碳化硅陶瓷材料，所述碳 化硅材料的原材料包括碳化硅微粉，所述碳化硅微粉的粒徑為0.1-100μm，其中粒徑為0.1

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10μm占所述碳化硅微粉總重量的30％，粒徑為10-100μm占所述碳化硅微粉總重量的 70％；所述碳化硅材料的抗彎強(qiáng)度≥220mpa，彈性模量≥280gpa，所述碳化硅陶瓷材料中 的殘余游離硅含量不大于25wt％。

7.較佳地，所述碳化硅材料的原材料，按質(zhì)量百分含量計，包括：

8.炭黑

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7-14％；

9.碳化硅微粉

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50-70％；

10.去離子水

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30-45％；

11.減水劑

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0.2-0.5％；

12.分散劑

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0-0.1％；

13.增稠劑

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0-0.1％；

14.粘結(jié)劑

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0.1-0.3％。

15.較佳地，所述炭黑粒徑為100-500nm；所述減水劑為萘系高效減水劑；所述分散劑 為羧酸制劑；所述增稠劑為羧基酸鈉鹽，優(yōu)選為羧甲基纖維素鈉；所述粘接劑為有機(jī)多糖樹 脂。

16.第二方面，本發(fā)明還提供一種如上所述的高性能低游離硅含量反應(yīng)燒結(jié)碳化硅陶瓷 材料的制備方法，包括混料、真空除氣、注漿成型、排膠和真空滲硅處理步驟。

17.較佳地，所述混料是將按照如上所述的高性能低游離硅含量反應(yīng)燒結(jié)碳化硅陶瓷材 料的原材料以及各原材料的質(zhì)量百分含量在球磨機(jī)中進(jìn)行混合。

18.較佳地，所述真空除氣，真空度為100pa以下，處理時間為2-20min。

19.較佳地，所述注漿成型是將經(jīng)過真空除氣后的混合漿料倒入石膏模具中等水被自然 吸干20-28h，得到陶瓷素坯。

20.較佳地，所述排膠，包括如下加熱升溫過程：從常溫升溫到200℃，加熱時長為1-2 個小時，并恒溫0-10分鐘；從201℃升溫至600℃，加熱時長為3-6.5個小時，并恒溫0-10 分鐘；從601℃升溫至900℃，加熱時長為1-2個小時，并恒溫30分鐘。

21.較佳地，所述真空滲硅處理，包括真空燒結(jié)，真空度維持在2pa以下，溫控過程包 括：常溫到1200℃加熱時長為2-3個小時，恒溫15-45分鐘；1201-1400℃加熱時長為0.5

??

1個小時，恒溫15-45分鐘；1401-1550℃加熱時長為0.5-1個小時，恒溫0.5-1個小時；優(yōu) 選地，還包括停止加熱過程，隨爐自然降溫至室溫。

22.較佳地，為進(jìn)行真空滲硅處理，在所述碳化硅陶瓷材料的原材料中還加入焙燒料， 所述焙燒料的組成，按重量份數(shù)計，包括金屬硅粒18-24份、氮化硼粉0.2-0.5份、炭黑0.2

??

巴斯夫basf減水劑f10x；所述分散劑可以為羧酸制劑，在本發(fā)明實施例中，所述分散劑 采用聚羧酸鈉鹽分散劑orotan731a；所述增稠劑可以為羧基酸鈉鹽，在本發(fā)明實施例 中，所述增稠劑采用羧甲基纖維素鈉；所述粘接劑可以為有機(jī)多糖樹脂，在本發(fā)明實施例 中，所述粘結(jié)劑為optapix ps94。

42.其次，本發(fā)明還涉及一種如上所述的碳化硅陶瓷材料的制備方法，包括混料、真空 除氣、注漿成型、排膠和真空滲硅處理步驟。

43.第一步，混料：

44.將按照上述配比的碳化硅微粉、球磨珠、去離子水、分散劑、減水劑、增稠劑、炭 黑、粘結(jié)劑依次加入球磨罐中球磨，得到原料料漿，球磨時間可以為12-36小時；

45.第二步，真空除氣：

46.將原料料漿抽入真空攪拌罐中，在真空環(huán)境下攪拌，以除去料漿中的所有氣泡，真 空度為100pa以下，攪拌時間為2-20min；

47.第三步，注漿成型：

48.將經(jīng)過真空除氣后的料漿沿模具壁注入到石膏模具中，石膏微孔模具將漿料中的水 份吸收，漿料在模具中自然脫水干燥成型，經(jīng)過20-28小時后得到固化定型的陶瓷坯體樣 品；

49.第四步，排膠處理：

50.對陶瓷坯體樣品進(jìn)行脫粘，包括如下加熱升溫過程：從常溫升溫到200℃，加熱時 長為1-2個小時，并恒溫0-10分鐘；從201℃升溫至600℃，加熱時長為3-6.5個小時，并 恒溫0-10分鐘；從601℃升溫至900℃，加熱時長為1-2個小時，并恒溫30分鐘，得到陶 瓷素坯。

51.第五步，滲硅處理：

52.對得到的陶瓷素坯稱重后放入石墨坩堝中，在石墨坩堝中加入陶瓷素坯重量的25％

??

65％的焙燒料，把石墨坩堝放入高溫真空爐中進(jìn)行滲硅處理，所述真空滲硅處理包括真空燒 結(jié)，真空度維持在2pa以下，溫控過程包括：常溫到1200℃加熱時長為2-3個小時，恒溫 15-45分鐘；1201-1400℃加熱時長為0.5-1個小時，恒溫15-45分鐘；1401-1550℃加熱時 長為0.5-1個小時，恒溫0.5-1個小時；然后停止加熱過程，隨爐自然降溫至室溫，得到碳 化硅陶瓷材料；所述焙燒料的組成，按重量份數(shù)計，包括金屬硅粒18-24份、氮化硼粉0.2

??

0.5份、炭黑0.2-0.5份，其中所述金屬硅粒的粒度可以為1-10mm。在真空燒結(jié)過程中，將 氮化硼粉噴在石墨坩堝上，起隔熱保護(hù)的作用，在陶瓷素坯周圍鋪金屬硅粒和炭黑，氮化硼 粉還可以放置金屬硅粒與石墨坩堝反應(yīng)。

53.《深海用無人滑翔機(jī)耐壓艙》

54.本發(fā)明還提供一種深海用無人滑翔機(jī)耐壓艙，包括殼體，所述殼體由如上所述的高 性能低游離硅含量反應(yīng)燒結(jié)碳化硅陶瓷材料制成。

55.下面進(jìn)一步例舉實施例以詳細(xì)說明本發(fā)明。同樣應(yīng)理解，以下實施例只用于對本發(fā) 明進(jìn)一步說明，不能理解為對本發(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示例，即本領(lǐng)域技術(shù)人員可以通過本文的說明做合適的范圍內(nèi)選 擇，而并不一定要限定與下文示例的具體數(shù)值。

56.實施例1：一種深海用高強(qiáng)度反應(yīng)燒結(jié)碳化硅耐壓艙材料的制備方法

57.所述深海用高強(qiáng)度反應(yīng)燒結(jié)碳化硅耐壓艙材料的制備方法，包括以下步驟：

58.1、混料

59.將碳化硅粉、球磨珠、去離子水、分散劑、減水劑、增稠劑、炭黑、粘結(jié)劑依次加 入球磨罐中球磨24h得到原料料漿，所述原料料漿，按重量份數(shù)計，原材料組成包括：炭黑 16％、碳化硅微粉58％、分散劑0.5％、粘結(jié)劑0.4％、增稠劑0.1％、純凈水25％。

60.所述炭黑，粒徑為300nm，所述碳化硅粉，粒徑為0.1-100um，其中粒徑為85um的 占總重量的70％，粒徑為0.5um的占總重量的30％。

61.所述減水劑為巴斯夫basf減水劑f10x；

62.所述分散劑為聚羧酸鈉鹽分散劑orotan731a；

63.所述增稠劑為羧甲基纖維素鈉；

64.所述粘結(jié)劑為optapix ps94；

65.2、真空除氣

66.將原料料漿抽入真空攪拌罐，在真空環(huán)境下攪拌20min，除去料漿中的所有氣泡， 所述真空除氣，真空度為100pa；所述真空除氣，處理時間為10min。

67.3、注漿成型

68.將經(jīng)過真空除氣后的料漿沿模具壁注入到石膏模具中，石膏微孔模具將漿料中的水 份吸收，漿料在模具中自然脫水干燥成型，經(jīng)過24小時后得到固化定型的陶瓷坯體。

69.4、排膠處理

70.對樣品進(jìn)行脫粘，從常溫到200℃，加熱時長為1個小時，并恒溫3分鐘；從201

??

600℃加熱時長為6個小時，并恒溫3分鐘；601-900℃加熱時長為2個小時，并恒溫30分 鐘。

71.5、滲硅處理

72.將陶瓷素坯稱重后放入石墨坩堝中，在坩堝中加入素坯重量30％的焙燒料，把石墨 坩堝放入高溫真空爐中進(jìn)行滲硅處理，所述真空滲硅處理，包括真空燒結(jié)，真空度維持在 2pa以下，溫控時長為：常溫到1200℃加熱時長為3個小時，恒溫15分鐘；1201-1400℃ 加熱時長為40分鐘，恒溫5分鐘：1401-1550℃加熱時長為80分鐘，恒溫半個小時；程序 結(jié)束后，等待降溫到70度以下取出樣品。

73.實施例2：一種深海用高強(qiáng)度反應(yīng)燒結(jié)碳化硅耐壓艙材料的制備方法

74.所述深海用高強(qiáng)度反應(yīng)燒結(jié)碳化硅耐壓艙材料的制備方法，包括以下步驟：

75.1、混料

76.將碳化硅粉、球磨珠、去離子水、分散劑、減水劑、增稠劑、炭黑、粘結(jié)劑依次加 入球磨罐中球磨24h得到原料料漿，所述原料料漿，按重量份數(shù)計，原材料組成包括：炭黑 9％、碳化硅微粉50％、分散劑0.5％、粘結(jié)劑0.4％、解凝劑0.1％、純凈水40％。

77.所述炭黑，粒徑為300nm，所述碳化硅粉，粒徑為0.1-100um，其中粒徑為0.5um 的占總重量的5％，粒徑為10um的占總重量的25％，粒徑為30um的占總重量的70％。

78.所述減水劑為巴斯夫basf減水劑f10x；

79.所述分散劑為聚羧酸鈉鹽分散劑orotan731a；

80.所述增稠劑為羧甲基纖維素鈉；

81.所述粘結(jié)劑為optapix ps94；

82.2、真空除氣

83.將原料料漿抽入真空攪拌罐，在真空環(huán)境下攪拌20min，除去料漿中的所有氣泡， 所述真空除氣，真空度為100pa；所述真空除氣，處理時間為10min。

84.3、注漿成型

85.將經(jīng)過真空除氣后的料漿沿模具壁注入到石膏模具中，石膏微孔模具將漿料中的水 份吸收，漿料在模具中自然脫水干燥成型，經(jīng)過24小時后得到固化定型的陶瓷坯體。

86.4、排膠處理

87.對樣品進(jìn)行脫粘，從常溫到200℃，加熱時長為1個小時，并恒溫3分鐘；從201

??

600℃加熱時長為6個小時，并恒溫3分鐘；601-900℃加熱時長為2個小時，并恒溫30分 鐘。

88.5、滲硅處理

89.將陶瓷素坯稱重后放入石墨坩堝中，在坩堝中加入素坯重量30％的焙燒料，把石墨 坩堝放入高溫真空爐中進(jìn)行滲硅處理，所述真空滲硅處理，包括真空燒結(jié)，真空度維持在 2pa以下，溫控時長為：常溫到1200℃加熱時長為3個小時，恒溫15分鐘；1201-1400℃ 加熱時長為40分鐘，恒溫5分鐘：1401-1550℃加熱時長為80分鐘，恒溫半個小時；程序 結(jié)束后，等待降溫到70度以下取出樣品。

90.實施例3：一種深海用高強(qiáng)度反應(yīng)燒結(jié)碳化硅耐壓艙材料的制備方法

91.所述深海用高強(qiáng)度反應(yīng)燒結(jié)碳化硅耐壓艙材料的制備方法，包括以下步驟：

92.1、混料

93.將碳化硅粉、球磨珠、去離子水、分散劑、減水劑、增稠劑、炭黑、粘結(jié)劑依次加 入球磨罐中球磨24h得到原料料漿，所述原料料漿，按重量份數(shù)計，原材料組成包括：炭黑 9％、碳化硅微粉50％、分散劑0.5％、粘結(jié)劑0.4％、增稠劑0.1％、純凈水40％。

94.所述炭黑，粒徑為300nm，所述碳化硅粉，粒徑為0.1-100um，其中粒徑為4um的 占總重量的20％，粒徑為10um的占總重量的10％，粒徑為30um的占總重量的70％。

95.所述減水劑為巴斯夫basf減水劑f10x；

96.所述分散劑為聚羧酸鈉鹽分散劑orotan731a；

97.所述增稠劑為羧甲基纖維素鈉；

98.所述粘結(jié)劑為optapix ps94；

99.2、真空除氣

100.將原料料漿抽入真空攪拌罐，在真空環(huán)境下攪拌20min，除去料漿中的所有氣泡， 所述真空除氣，真空度為100pa；所述真空除氣，處理時間為10min。

101.3、注漿成型

102.將經(jīng)過真空除氣后的料漿沿模具壁注入到石膏模具中，石膏微孔模具將漿料中的水 份吸收，漿料在模具中自然脫水干燥成型，經(jīng)過24小時后得到固化定型的陶瓷坯體。

103.4、排膠處理

104.對樣品進(jìn)行脫粘，從常溫到200℃，加熱時長為1個小時，并恒溫3分鐘；從201

??

600℃加熱時長為6個小時，并恒溫3分鐘；601-900℃加熱時長為2個小時，并恒溫30分 鐘。

105.5、滲硅處理

106.將陶瓷素坯稱重后放入石墨坩堝中，在坩堝中加入素坯重量30％的焙燒料，把石墨 坩堝放入高溫真空爐中進(jìn)行滲硅處理，所述真空滲硅處理，包括真空燒結(jié)，真空度維持在 2pa以下，溫控時長為：常溫到1200℃加熱時長為3個小時，恒溫15分鐘；1201-1400℃ 加

熱時長為40分鐘，恒溫5分鐘：1401-1550℃加熱時長為80分鐘，恒溫半個小時；程序 結(jié)束后，等待降溫到70度以下取出樣品。

107.實施例4:一種深海用高強(qiáng)度反應(yīng)燒結(jié)碳化硅耐壓艙材料的制備方法

108.所述深海用高強(qiáng)度反應(yīng)燒結(jié)碳化硅耐壓艙材料的制備方法，包括以下步驟：

109.1、混料

110.將碳化硅粉、球磨珠、去離子水、分散劑、減水劑、增稠劑、炭黑、粘結(jié)劑依次加 入球磨罐中球磨24h得到原料料漿，所述原料料漿，按重量份數(shù)計，原材料組成包括：炭黑 16％、碳化硅微粉60％、分散劑0.5％、粘結(jié)劑0.4％、增稠劑0.1％、純凈水40％。

111.所述炭黑，粒徑為300nm，所述碳化硅粉，粒徑為0.1-100um，其中粒徑為85um的 占總重量的70％，粒徑為2um的占總重量的30％。

112.所述減水劑為巴斯夫basf減水劑f10x；

113.所述分散劑為聚羧酸鈉鹽分散劑orotan731a；

114.所述增稠劑為羧甲基纖維素鈉；

115.所述粘結(jié)劑為optapix ps94；

116.2、真空除氣

117.將原料料漿抽入真空攪拌罐，在真空環(huán)境下攪拌20min，除去料漿中的所有氣泡， 所述真空除氣，真空度為100pa；所述真空除氣，處理時間為10min。

118.3、注漿成型

119.將經(jīng)過真空除氣后的料漿沿模具壁注入到石膏模具中，石膏微孔模具將漿料中的水 份吸收，漿料在模具中自然脫水干燥成型，經(jīng)過24小時后得到固化定型的陶瓷坯體。

120.4、排膠處理

121.對樣品進(jìn)行脫粘，從常溫到200℃，加熱時長為1個小時，并恒溫3分鐘；從201

??

600℃加熱時長為6個小時，并恒溫3分鐘；601-900℃加熱時長為2個小時，并恒溫30分 鐘。

122.5、滲硅處理

123.將陶瓷素坯稱重后放入石墨坩堝中，在坩堝中加入素坯重量30％的焙燒料，把石墨 坩堝放入高溫真空爐中進(jìn)行滲硅處理，所述真空滲硅處理，包括真空燒結(jié)，真空度維持在 2pa以下，溫控時長為：常溫到1200℃加熱時長為3個小時，恒溫15分鐘；1201-1400℃ 加熱時長為40分鐘，恒溫5分鐘：1401-1550℃加熱時長為80分鐘，恒溫半個小時；程序 結(jié)束后，等待降溫到70度以下取出樣品。

124.實施例5:一種深海用高強(qiáng)度反應(yīng)燒結(jié)碳化硅耐壓艙材料的制備方法

125.所述深海用高強(qiáng)度反應(yīng)燒結(jié)碳化硅耐壓艙材料的制備方法，包括以下步驟：

126.1、混料

127.將碳化硅粉、球磨珠、去離子水、分散劑、減水劑、增稠劑、炭黑、粘結(jié)劑依次加 入球磨罐中球磨24h得到原料料漿，所述原料料漿，按重量份數(shù)計，原材料組成包括：炭黑 9％、碳化硅微粉60％、分散劑0.5％、粘結(jié)劑0.4％、增稠劑0.1％、純凈水30％。

128.所述炭黑，粒徑為300nm，所述碳化硅粉，粒徑為0.1-100um，其中粒徑為0.5um 的占總重量的30％，粒徑為2um的占總重量的70％。

129.所述減水劑為巴斯夫basf減水劑f10x；

130.所述分散劑為聚羧酸鈉鹽分散劑orotan731a；

131.所述增稠劑為羧甲基纖維素鈉；

132.所述粘結(jié)劑為optapix ps94；

133.2、真空除氣

134.將原料料漿抽入真空攪拌罐，在真空環(huán)境下攪拌20min，除去料漿中的所有氣泡， 所述真空除氣，真空度為100pa；所述真空除氣，處理時間為10min。

135.3、注漿成型

136.將經(jīng)過真空除氣后的料漿沿模具壁注入到石膏模具中，石膏微孔模具將漿料中的水 份吸收，漿料在模具中自然脫水干燥成型，經(jīng)過24小時后得到固化定型的陶瓷坯體。

137.4、排膠處理

138.對樣品進(jìn)行脫粘，從常溫到200℃，加熱時長為1個小時，并恒溫3分鐘；從201

??

600℃加熱時長為6個小時，并恒溫3分鐘；601-900℃加熱時長為2個小時，并恒溫30分 鐘。

139.5、滲硅處理

140.將陶瓷素坯稱重后放入石墨坩堝中，在坩堝中加入素坯重量30％的焙燒料，把石墨 坩堝放入高溫真空爐中進(jìn)行滲硅處理，所述真空滲硅處理，包括真空燒結(jié)，真空度維持在 2pa以下，溫控時長為：常溫到1200℃加熱時長為3個小時，恒溫15分鐘；1201-1400℃ 加熱時長為40分鐘，恒溫5分鐘：1401-1550℃加熱時長為80分鐘，恒溫半個小時；程序 結(jié)束后，等待降溫到70度以下取出樣品。

141.對比例1:一種碳化硅陶瓷材料的制備方法

142.所述碳化硅陶瓷材料的制備方法，包括以下步驟：

143.1、混料

144.將碳化硅粉、球磨珠、去離子水、分散劑、減水劑、增稠劑、炭黑、粘結(jié)劑依次加 入球磨罐中球磨24h得到原料料漿，所述原料料漿，按重量份數(shù)計，原材料組成包括：炭黑 9％、碳化硅微粉50％、分散劑0.5％、粘結(jié)劑0.4％、增稠劑0.1％、純凈水40％。

145.所述炭黑，粒徑為300nm，所述碳化硅粉，粒徑為0.1-10um，其中粒徑為2um的占 總重量的30％，粒徑為4um的占總重量的70％。

146.所述減水劑為巴斯夫basf減水劑f10x；

147.所述分散劑為聚羧酸鈉鹽分散劑orotan731a；

148.所述增稠劑為羧甲基纖維素鈉；

149.所述粘結(jié)劑為optapix ps94；

150.2、真空除氣

151.將原料料漿抽入真空攪拌罐，在真空環(huán)境下攪拌20min，除去料漿中的所有氣泡， 所述真空除氣，真空度為100pa；所述真空除氣，處理時間為10min。

152.3、注漿成型

153.將經(jīng)過真空除氣后的料漿沿模具壁注入到石膏模具中，石膏微孔模具將漿料中的水 份吸收，漿料在模具中自然脫水干燥成型，經(jīng)過24小時后得到固化定型的陶瓷坯體。

154.4、排膠處理

155.對樣品進(jìn)行脫粘，從常溫到200℃，加熱時長為1個小時，并恒溫3分鐘；從201

??

600℃加熱時長為6個小時，并恒溫3分鐘；601-900℃加熱時長為2個小時，并恒溫30分 鐘。

156.5、滲硅處理

157.將陶瓷素坯稱重后放入石墨坩堝中，在坩堝中加入素坯重量30％的焙燒料，把石墨 坩堝放入高溫真空爐中進(jìn)行滲硅處理，所述真空滲硅處理，包括真空燒結(jié)，真空度維持在 2pa以下，溫控時長為：常溫到1200℃加熱時長為3個小時，恒溫15分鐘；1201-1400℃ 加熱時長為40分鐘，恒溫5分鐘：1401-1550℃加熱時長為80分鐘，恒溫半個小時；程序 結(jié)束后，等待降溫到70度以下取出樣品。

158.對比例2:一種碳化硅陶瓷材料的制備方法

159.所述碳化硅陶瓷材料的制備方法，包括以下步驟：

160.1、混料

161.將碳化硅粉、球磨珠、去離子水、分散劑、減水劑、增稠劑、炭黑、粘結(jié)劑依次加 入球磨罐中球磨24h得到原料料漿，所述原料料漿，按重量份數(shù)計，原材料組成包括：炭黑 13％、碳化硅微粉61％、分散劑0.5％、粘結(jié)劑0.4％、解凝劑0.1％、純凈水25％。

162.所述炭黑，粒徑為300nm，所述碳化硅粉，粒徑為0.1-100um，其中粒徑為85um的 占總重量的50％，粒徑為30m的占總重量的10％，粒徑為4um的占總重量的40％。

163.所述減水劑為巴斯夫basf減水劑f10x；

164.所述分散劑為聚羧酸鈉鹽分散劑orotan731a；

165.所述增稠劑為羧甲基纖維素鈉；

166.所述粘結(jié)劑為optapix ps94；

167.2、真空除氣

168.將原料料漿抽入真空攪拌罐，在真空環(huán)境下攪拌20min，除去料漿中的所有氣泡， 所述真空除氣，真空度為100pa；所述真空除氣，處理時間為10min。

169.3、注漿成型

170.將經(jīng)過真空除氣后的料漿沿模具壁注入到石膏模具中，石膏微孔模具將漿料中的水 份吸收，漿料在模具中自然脫水干燥成型，經(jīng)過24小時后得到固化定型的陶瓷坯體。

171.4、排膠處理

172.對樣品進(jìn)行脫粘，從常溫到200℃，加熱時長為1個小時，并恒溫3分鐘；從201

??

600℃加熱時長為6個小時，并恒溫3分鐘；601-900℃加熱時長為2個小時，并恒溫30分 鐘。

173.5、滲硅處理

174.將陶瓷素坯稱重后放入石墨坩堝中，在坩堝中加入素坯重量30％的焙燒料，把石墨 坩堝放入高溫真空爐中進(jìn)行滲硅處理，所述真空滲硅處理，包括真空燒結(jié)，真空度維持在 2pa以下，溫控時長為：常溫到1200℃加熱時長為3個小時，恒溫15分鐘；1201-1400℃ 加熱時長為40分鐘，恒溫5分鐘：1401-1550℃加熱時長為80分鐘，恒溫半個小時；程序 結(jié)束后，等待降溫到70度以下取出樣品。

175.實施例1～5以及對比例1、對比例2的物理性能參數(shù)如下表1所示。

176.表1

??

抗彎強(qiáng)度/mpa彈性模量/gpa殘余游離硅含量/wt％實施例123933625實施例227433517實施例325428521實施例426636420

實施例550838622對比例111922829對比例220628333

177.測試方法：

178.三點抗彎強(qiáng)度：采用國家標(biāo)準(zhǔn)(gb/t6569-2006/iso14704:2000)；

179.彈性模量：采用國家標(biāo)準(zhǔn)gb/t10700-2006；

180.殘余游離硅含量：采用氟硅酸鉀容量法。

181.由表1可知，采用本發(fā)明碳化硅陶瓷材料及其制備方法，制備出的反應(yīng)燒結(jié)碳化硅 陶瓷材料，抗彎強(qiáng)度≥220mpa，彈性模量≥280gpa，殘余游離硅含量≤25wt％；相比于現(xiàn) 有技術(shù)的反應(yīng)燒結(jié)碳化硅制品，力學(xué)性能大大提高，殘余游離硅含量大大降低。

182.最后有必要在此說明的是：以上實施例只用于對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)地 說明，不能理解為對本發(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)容做出 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。技術(shù)特征：

1.一種高性能低游離硅含量反應(yīng)燒結(jié)碳化硅陶瓷材料，其特征在于，所述碳化硅陶瓷材料的原材料包括碳化硅微粉，所述碳化硅微粉的粒徑為0.1-100μm，其中粒徑為0.1-10μm占所述碳化硅微粉總重量的30％，粒徑為10-100μm占所述碳化硅微粉總重量的70％；所述碳化硅陶瓷材料的抗彎強(qiáng)度≥220mpa，彈性模量≥280gpa，所述碳化硅陶瓷材料中的殘余游離硅含量不大于25wt％。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能低游離硅含量反應(yīng)燒結(jié)碳化硅陶瓷材料，其特征在于，所述碳化硅材料的原材料，按質(zhì)量百分含量計，包括：3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高性能低游離硅含量反應(yīng)燒結(jié)碳化硅陶瓷材料，其特征在于，所述炭黑粒徑為100-500nm；所述減水劑為萘系高效減水劑；所述分散劑為羧酸制劑；所述增稠劑為羧基酸鈉鹽，優(yōu)選為羧甲基纖維素鈉；所述粘接劑為有機(jī)多糖樹脂。4.一種如權(quán)利要求1-3任一項所述的高性能低游離硅含量反應(yīng)燒結(jié)碳化硅陶瓷材料的制備方法，其特征在于，包括混料、真空除氣、注漿成型、排膠和真空滲硅處理步驟。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述混料是將按照權(quán)利要求1-3任一項所述的高性能低游離硅含量反應(yīng)燒結(jié)碳化硅陶瓷材料的原材料以及各原材料的質(zhì)量百分含量在球磨機(jī)中進(jìn)行混合。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述真空除氣，真空度為100pa以下，處理時間為2-20min。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述注漿成型是將經(jīng)過真空除氣后的混合漿料倒入石膏模具中等水被自然吸干20-28h，得到陶瓷素坯。8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述排膠，包括如下加熱升溫過程：從常溫升溫到200℃，加熱時長為1-2個小時，并恒溫0-10分鐘；從201℃升溫至600℃，加熱時長為3-6.5個小時，并恒溫0-10分鐘；從601℃升溫至900℃，加熱時長為1-2個小時，并恒溫30分鐘。9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述真空滲硅處理，包括真空燒結(jié)，真空度維持在2pa以下，溫控過程包括：常溫到1200℃加熱時長為2-3個小時，恒溫15-45分鐘；1201-1400℃加熱時長為0.5-1個小時，恒溫15-45分鐘；1401-1550℃加熱時長為0.5-1個小時，恒溫0.5-1個小時；優(yōu)選地，還包括停止加熱過程，隨爐自然降溫至室溫。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征在于，為進(jìn)行真空滲硅處理，在經(jīng)過排膠后的陶瓷素坯中還加入焙燒料，所述焙燒料的組成，按重量份數(shù)計，包括金屬硅粒18-24份、氮化硼粉0.2-0.5份、炭黑0.2-0.5份；其中所述金屬硅粒的粒度為1-10mm；所述焙燒料的加入

量是素坯重量的25％-65％。11.一種深海用無人滑翔機(jī)耐壓艙，包括殼體，其特征在于，所述殼體由如權(quán)利要求1-3任一項所述的高性能低游離硅含量反應(yīng)燒結(jié)碳化硅陶瓷材料制成。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明提供一種高性能低游離硅含量反應(yīng)燒結(jié)碳化硅陶瓷材料及其制備方法，所述碳化硅陶瓷材料的原材料包括碳化硅微粉，所述碳化硅微粉的粒徑為0.1-100μm，其中粒徑為0.1-10μm占所述碳化硅微粉總重量的30％，粒徑為10-100μm占所述碳化硅微粉總重量的70％；所述碳化硅陶瓷材料的抗彎強(qiáng)度≥220MPa，彈性模量≥280Gpa，所述碳化硅陶瓷材料中的殘余游離硅含量不大于25wt％。本發(fā)明還提供一種由該碳化硅陶瓷材料制成的深海用無人滑翔機(jī)耐壓艙殼體。陶瓷材料制成的深海用無人滑翔機(jī)耐壓艙殼體。

技術(shù)研發(fā)人員：周雅斌 黃毅華 沙聞浩 劉營營

受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所

技術(shù)研發(fā)日：2022.06.15

技術(shù)公布日：2022/9/16