[發明專利]一種反應助劑促進燒結硼化鋯或碳化鋯陶瓷的制備方法

有效

• 申請號: 201010127334.7
• 申請日: 2010-03-18
• 公開（公告）號: CN102190495A
• 公開（公告）日: 2011-09-21
• 發明（設計）人: 張國軍;王新剛;闞艷梅;王佩玲;郭偉明
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C04B35/58
• 分類號: C04B35/58;C04B35/56;C04B35/622
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 許亦琳;余明偉

技術領域

本發明涉及一種采用反應助劑促進燒結硼化鋯或碳化鋯陶瓷的制備方法，屬于非氧化物復相陶瓷領域。

背景技術

過渡金屬硼化物、碳化物陶瓷具有的強共價鍵賦予其高熔點和低自擴散系數，一般在高溫(＞2000℃)高壓(＞30MPa)下才能獲得相對密度陶瓷燒結體。雖然添加少量的Ni、Fe等金屬燒結助劑或S₃N₄、MoSi₂等非金屬燒結助劑通過生成液相的方式改善其燒結性能，但是，陶瓷的晶界或三叉晶界處殘余的低熔點相會對陶瓷的高溫力學性能和抗腐蝕性能產生不利的影響。因此，探索其它燒結助劑或燒結方法，在不影響材料性能的條件下實現其致密化是極其有必要的。反應熱壓燒結方法是利用各原料之間的化學反應，在燒結過程中原位生成熱力學穩定的組成相的制備工藝，該方法的中間過程中反應生成的粉體具有粒徑小，純度高，缺陷濃度高等優點，有利于實現低溫燒結。(W.W.Wu，G.J.Zhang，Y.M.Kan，andP.L.Wang，″Reactive?hot?pressing?of?ZrB₂-SiC-ZrC?composites?at?1600?degrees?C，″Journalof?the?American?Ceramic?Society，91[8]2501-2508.2008.)。然而，利用反應燒結過程中原位生成的粉體具有較高燒結活性的優點，采用在燒結過程中可以反應的復合燒結助劑來實現硼化鋯、碳化鋯陶瓷的致密化還沒有報道。

發明內容

本發明的目的是提供一種反應助劑促進燒結硼化鋯或碳化鋯陶瓷的制備方法，以克服現有技術的不足。

本發明采用添加可以反應的兩相燒結助劑，利用燒結助劑之間的原位反應生成具有較高燒結活性的碳化鋯/硼化鋯第二相粒子，來促進硼化鋯或碳化鋯的致密化并抑制基體的晶粒長大。

本發明采用以下技術方案來解決上述技術問題：

一種反應助劑促進燒結硼化鋯或碳化鋯陶瓷的制備方法，包括以下步驟：

1)以ZrB₂粉末或ZrC粉末為原料，向所述原料中加入燒結助劑，混合均勻成粉體；所述燒結助劑為Zr粉和C粉或者為Zr粉和B4C粉。

2)將步驟1)中所得混合粉體于真空或惰性氣氛中進行熱壓燒結，燒結溫度為1800～2000℃，熱壓的壓力為20～30MPa。

較佳地，上述制備方法中，所述ZrB₂粉末，純度大于90％，粒徑為5～20μm；所述ZrC粉末，純度大于90％，粒徑為1～5μm；所述Zr粉，純度大于90％，粒徑為2～20μm；所述C粉，純度大于95％，粒徑為0.1～5μm；所述B₄C粉，純度大于95％，粒徑為0.1～5μm。

本發明的制備方法中，所述燒結助劑Zr粉和C粉或者Zr粉和B₄C粉在加熱過程中可以發生原位反應，生成具有較高燒結活性的ZrC/ZrB₂第二相粒子。本發明采用Zr粉和C粉或者Zr粉和B₄C粉為燒結助劑，與其它低熔點燒結助劑(如Ni、Si₃N₄或MoSi₂)相比，具有的優點是：反應燒結助劑原位反應生成的ZrC或者ZrB₂同時具有高燒結活性和較高的熔點，即可以促進材料的致密化又不會對陶瓷的高溫性能(如高溫強度和高溫蠕變)造成不利的影響。

較佳地，所述燒結助劑的添加量為所述原料和燒結助劑總重量的5～20wt％，優選為10～20wt％。

較佳地，所述燒結助劑中，Zr粉和C粉的配比按照反應方程式Zr+C＝ZrC中的化學計量比計，其摩爾比為1∶1；Zr粉和B₄C粉的配比按照反應方程式3Zr+B₄C＝2ZrB₂+ZrC中的化學計量比計，其摩爾比為3∶1。

較佳地，本發明的制備方法中，所述混合均勻成粉體是通過以下步驟獲得的：先將所述燒結助劑加入有機溶劑中，超聲分散，然后于混料機上進行混合，之后加入所述原料繼續混合，將混合后所得漿料烘干即得到混合均勻的粉體。

優選的，所述有機溶劑可以為乙醇、丙醇或者丙酮，最優選為乙醇。所述超聲分散的時間為15～20min。所述混料機的轉速為100-200轉/分鐘，燒結助劑于混料機中混合10～14h后，再加入原料繼續混合10～14h。