[發(fā)明專利]一種Al2O3-Ni-C-B4C復相陶瓷及其制備方法

無效

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• 申請日: 2010-03-02
• 公開（公告）號: CN101798222A
• 公開（公告）日: 2010-08-11
• 發(fā)明（設計）人: 高遠飛;黃宏;徐友果;黃朝暉;房明浩;劉艷改
• 申請（專利權）人: 中國地質(zhì)大學(北京)
• 主分類號: C04B35/563
• 分類號: C04B35/563;C04B35/622;C22C29/02
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技術領域：

本發(fā)明涉及一種Al₂O₃-Ni-C-B₄C復相陶瓷及其制備方法，屬于超硬防護結構陶瓷材料的制備技術領域。

背景技術：

碳化硼最重要的性能在于其超常的硬度(莫氏硬度為9.3，顯微硬度為55～67Gpa)，其硬度僅次于金剛石和立方氮化硼，尤其是其近于恒定的高溫強度，使之成為理想的高溫耐磨材料；碳化硼密度很小(理論密度為2.52×10³kg/m³)，是陶瓷材料中較輕的。因此碳化硼陶瓷是耐磨制品以及防彈材料等領域重點開發(fā)的內(nèi)容。

目前制備碳化硼陶瓷材料常用的方法為：熱壓燒結和無壓燒結。熱壓燒結方法是制造高致密度碳化硼陶瓷的主要方法，但由于碳化硼本身晶界擴散較慢和比表面積較小，熱壓法生產(chǎn)的制品仍具有燒結溫度高的缺點，熱壓法成本較高，另外采用熱壓燒結的方法不便于加工形狀復雜的構件。無壓燒結的碳化硼陶瓷制品的致密度低，且燒結溫度較熱壓燒結更高(2200～2350℃)。研究表明，在碳化硼中添加第二相可以形成液相降低燒結溫度，提高硬度和抑制晶粒長大，常見的添加助劑有金屬鋁、硼化鈦以及碳化硅等，但目前碳化硼陶瓷的燒結溫度過高的問題仍未得到很好的解決。因此開發(fā)一種較低生產(chǎn)成本并兼顧低密度和高硬度的B₄C基復合陶瓷的制造技術，具有重要的應用價值和技術創(chuàng)新意義。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的是針對B₄C本身晶界擴散很慢而造成無壓常規(guī)燒結溫度過高的問題，提出以金屬Ni和C作為燒結助劑，并依靠添加的Al₂O₃生成的新液相AlB₁₂C₂等方式達到在較低燒結溫度下無壓燒結制備B₄C基復合陶瓷的目的，此外，該無壓燒結在埋碳的還原性氣氛中進行。這種制備B₄C基復合陶瓷的新方法具有生產(chǎn)成本低、密度低和硬度高等諸多優(yōu)點。

本發(fā)明提出的一種Al₂O₃-Ni-C-B₄C復相陶瓷及其制備方法，其特征在于所述Al₂O₃-Ni-C-B₄C復相陶瓷是以α-Al₂O₃粉、B₄C粉體、金屬Ni粉和碳源(炭黑、石墨、焦炭粉或酚醛樹脂)為主要原料，以聚乙烯醇等為結合劑，將各原料按一定比例混合后再經(jīng)過成型、干燥、燒成等工藝過程制備出Al₂O₃-Ni-C-B₄C復相陶瓷。本發(fā)明所述的α-Al₂O₃粉、B₄C粉體、金屬Ni粉和碳源(炭黑、石墨、焦炭粉或酚醛樹脂)等原料均為市售工業(yè)原料，所述α-Al₂O₃粉體的質(zhì)量要求為α-Al₂O₃的純度大于95wt.％，粉料粒徑為d₅₀＜10μm，其加入量為總配料質(zhì)量的0.1～30.0wt.％；所述B₄C粉體的純度大于91wt.％，粉料粒徑d₅₀＜5μm，其加入量為5.0～99.9wt.％；所述金屬Ni粉的純度大于92wt.％，粉料粒徑為d₅₀＜50μm，其加入量為0.1～15.0wt.％；所述碳源可以是炭黑、石墨、焦炭等含碳材料或酚醛樹脂等高溫條件下可以發(fā)生碳化反應的原料，其質(zhì)量要求為碳含量(或碳化反應后產(chǎn)物中碳的含量)的百分比大于95wt.％，灰分不大于8％，揮發(fā)分不大于7％，硫含量小于2％，水分不大于5％，粉料粒徑為d₅₀＜50μm，其用法可以是分別單獨加入，也可以是它們的混合物加入，若混合加入，其混合比例沒有特殊要求，總加入量為0.1～10.0wt.％。本發(fā)明所述Al₂O₃-Ni-C-B₄C復相陶瓷采用的結合劑可以為聚乙烯醇、樹脂、瀝青或焦油等，均為市售工業(yè)原料，其用法可以是分別單獨加入或者是它們的混合物加入，各結合劑之間的混合比例沒有特殊要求，其加入后殘?zhí)苛繛?.1～10.0wt％。