[發(fā)明專(zhuān)利]具有隔熱功能的層狀硼化鋯超高溫陶瓷的制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010622383.8
• 申請(qǐng)日: 2010-12-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102173810A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏春城;馮柳;董抒華;孟凡濤
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 山東理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C04B35/58
• 分類(lèi)號(hào): C04B35/58;C04B35/66;C04B35/622
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明提供一種具有隔熱功能的層狀硼化鋯超高溫陶瓷的制備方法，屬于超高溫陶瓷的制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

硼化鋯陶瓷具有優(yōu)越的耐高溫和耐腐蝕性能及相對(duì)較低的理論密度，因此一直被認(rèn)為是超高溫陶瓷(UHTCs)家族中最有應(yīng)用前景的材料之一。目前，硼化鋯陶瓷已廣泛用作各種高溫結(jié)構(gòu)及功能材料，如：航空工業(yè)中的渦輪葉片、磁流體發(fā)電電極等。但硼化鋯陶瓷斷裂韌性較低，韌值僅為4～5MPa·m^1/2，限制了其在苛刻作業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用，如超聲速飛行器鼻錐和前沿、超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件等。因此，為了保證使用過(guò)程中的可靠性和安全性，必須改善硼化鋯陶瓷的脆性問(wèn)題，從而提高其耐熱沖擊性能。方法1是提高斷裂韌性，方法2是使斷裂方式為非脆性斷裂。目前已有關(guān)于制備超高溫硼化鋯陶瓷的報(bào)道，如：專(zhuān)利號(hào)為CN101602597A的“硼化鋯-碳化硅-碳黑三元高韌化超高溫陶瓷基復(fù)合材料及其制備方法”強(qiáng)度為132.03～695.54MPa，斷裂韌性為2.01～6.57MPa·m^1/2；專(zhuān)利號(hào)為CN101250061B的“氧化鋯增韌硼化物超高溫陶瓷基復(fù)合材料的制備方法”斷裂韌性達(dá)到6.0～6.8MPa·m^1/2，但斷裂韌性仍有待進(jìn)一步提高。而對(duì)斷裂方式改善問(wèn)題沒(méi)有報(bào)道。

同時(shí)材料在實(shí)際服役環(huán)境中，另一端與其他器件接觸，要求具有一定的隔熱性能，這樣才能延長(zhǎng)整體部件的服役壽命，硼化鋯熱導(dǎo)率為57.9w/m·k，導(dǎo)熱性能好，不具有隔熱功能。專(zhuān)利號(hào)為CN101391895A的“梯度防/隔熱陶瓷基復(fù)合材料及其制備方法”采用層壓法，共有5層，具有隔熱功能，但各層較厚，層壓時(shí)，各層容易混合，層結(jié)構(gòu)不均勻，斷裂韌性為6.0～6.8MPa·m^1/2，較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有硼化鋯超高溫陶瓷韌性和隔熱性能差的問(wèn)題，而提供一種具有隔熱功能的層狀硼化鋯超高溫陶瓷的制備方法，其技術(shù)方案為：

一種具有隔熱功能的層狀硼化鋯超高溫陶瓷的制備方法，其特征在于采用以下步驟：

1)制備流延片，先將粘結(jié)劑、增塑劑和溶劑攪拌均勻，再加入硼化鋯陶瓷粉料形成流延料，然后流延成型，室溫干燥脫模后得到200～1000μm厚的流延片；

2)采用涂覆法，將氧化鋯料漿涂覆到流延片表面，通過(guò)涂覆次數(shù)控制涂層厚度；

3)對(duì)流延片依照模具大小切片；

4)將切片后的流延片疊加放入磨具中，真空脫脂，脫脂時(shí)，升溫速度為2～3℃/min，升溫至600～700℃，保溫0.5～1h；

5)在氬氣氣氛下熱壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1800～1900℃，保溫0.5～2h，壓力為20～40MPa，即得具有隔熱功能的層狀硼化鋯超高溫陶瓷。

所述的具有隔熱功能的層狀硼化鋯超高溫陶瓷的制備方法，步驟1)中，制備流延片的硼化鋯陶瓷粉料由硼化鋯粉末和碳化硅粉末按體積百分比70～90％∶10～30％混合而成。

所述的具有隔熱功能的層狀硼化鋯超高溫陶瓷的制備方法，步驟1)中，以制備流延片的硼化鋯陶瓷粉料為基礎(chǔ)計(jì)算，按重量百分比稱(chēng)取粘結(jié)劑5～10％、增塑劑5～10％和溶劑100～200％。

所述的具有隔熱功能的層狀硼化鋯超高溫陶瓷的制備方法，步驟2)中，氧化鋯料漿的制備方法為先稱(chēng)量氧化鋯粉料后，然后以氧化鋯粉料重量為基礎(chǔ)，計(jì)算按重量百分比稱(chēng)取增塑劑20～30％和去離子水1000～2000％。

所述的具有隔熱功能的層狀硼化鋯超高溫陶瓷的制備方法，粘結(jié)劑采用聚乙烯醇縮丁醛，溶劑采用乙醇；增塑劑采用聚乙二醇和聚乙烯醇中的一種或兩種的混合。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、在層狀硼化鋯超高溫陶瓷中，硼化鋯層為基層，氧化鋯層為強(qiáng)界面層，在受到外力時(shí)，裂紋發(fā)生偏折和分叉，增加了裂紋的擴(kuò)展路徑，從而提高了材料的斷裂韌性，同時(shí)，氧化鋯發(fā)生相變?cè)鲰g也進(jìn)一步提高了陶瓷韌性，裂韌性高達(dá)9.1MPa·m^1/2；

2、由于納米氧化鋯層燒結(jié)后具有較高的強(qiáng)度和硬度，不降低層狀硼化鋯復(fù)合材料的強(qiáng)度；

3、由于氧化鋯熱導(dǎo)率為2.3w/m·k，所以降低了垂直于層方向的熱傳導(dǎo)，使層狀硼化鋯陶瓷具有隔熱功能；

4、塊體陶瓷為脆性斷裂，而層狀硼化鋯陶瓷為對(duì)裂紋損傷具有一定容忍能力的逐次斷裂。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例2所得層狀超高溫陶瓷的SEM照片；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例2所得層狀超高溫陶瓷斷面的SEM照片；