[發明專利]一種新型碳化硼陶瓷基復合材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201210098614.9
• 申請日: 2012-04-06
• 公開（公告）號: CN102617148A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 張繼紅;韓文波;曹仲文
• 申請（專利權）人: 牡丹江金鋼鉆碳化硼有限公司
• 主分類號: C04B35/563
• 分類號: C04B35/563;C04B35/622
• 代理公司: 牡丹江市丹江專利商標事務所(特殊普通合伙) 23205
• 代理人: 張雨紅

技術領域

本發明涉及一種新型碳化硼陶瓷基復合材料及其制備方法。?

背景技術

碳化硼具有硬度高、質量輕、耐磨損、耐腐蝕、耐高溫、吸收中子等優良的性能，被廣泛應用于機械、冶金、化工、核工業等領域。碳化硼是一種共價鍵化合物，具有較好的化學穩定性，使得其在制備陶瓷過程中燒結非常困難。國內、外通常采用的工藝都是在2200℃左右溫度下熱壓燒結的方法，制造成本高，不能應用于異型和特殊產品的加工，限制了它的發展。?

以過渡金屬硼化物與碳化物復合合成的陶瓷基復合材料，具有優異的物理性能，包括高熔點、高的熱導率、高的彈性模量，并能在高溫下保持很高的強度，同時還具有良好的抗熱震性和適中的熱膨脹率，成為高溫或超高溫熱環境條件下一些關鍵部位最有前途的候選材料。?

目前國內外在復雜形狀碳化硼陶瓷制品研究方面都進行了大量的工作，以求改進碳化硼陶瓷的燒結性能和加工性能，降低制造成本，擴大其應用領域，適應各行業發展對碳化硼的需求。?

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：為了解決現有碳化硼陶瓷燒結溫度高、加工困難、制造成本高、形狀簡單的問題，提供一種適用于低溫燒結技術及低成本加工的新型碳化硼陶瓷基復合材料及其制備方法。?

本發明的技術解決方案是：一種新型碳化硼陶瓷基復合材料，是以碳化硼為基體，硼化鋯、碳化硅為增強相熱壓燒結而成；?

制備方法具體步驟如下：

（1）原料：采用B₄C粉末，加入量為60vol%～80vol%；

（2）增強體：選用ZrB₂顆粒和SiC顆粒為增強相，加入量分別為17vol%～34vol%和3vol%～6vol%，二者的體積比滿足85%：15%；

（3）溶劑：選用無水乙醇或丙酮為溶劑；

（4）混料：將上述原料、增強體和溶劑進行濕混后再干燥；

（5）燒結：在真空或惰性氣氛保護下，燒結溫度1850～2000℃，燒結壓力20～40MPa，燒結時間20～60分鐘條件下熱壓燒結；

所述B₄C粉末、ZrB₂顆粒和SiC顆粒三者的體積比之和滿足百分百。

本發明的技術效果是：與單組分碳化硼陶瓷相比，這種高硬度碳化硼陶瓷基復合材料的燒結溫度可降低150～250℃，燒結后的材料具有較高的硬度，同時極大改善了材料的加工性能，以利于碳化硼陶瓷基復合材料復雜形狀的加工，從而有效降低陶瓷材料的加工周期和成本，并可進行復雜結構件的制備。?

附圖說明

圖1為燒結過程溫度－時間曲線。?

圖2是碳化硼陶瓷基復合材料的表面掃描照片。?

具體實施方式

本發明采用碳化硼為基體，硼化鋯和碳化硅為增強相，在1850～2000℃，20～40MPa，20～60分鐘條件下進行熱壓燒結。?

解決方案如下：以平均粒徑小于10μm的碳化硼粉末為原料，加入平均粒徑小于5μm的硼化鋯粉末和平均粒徑小于2μm的碳化硅粉末為增強相。其中碳化硼顆粒的加入量為總體積的60vol%～80vol%，硼化鋯粉末的加入量為二者總體積的17vol%～34vol%，SiC顆粒為增強相，加入量為3vol%～6vol%，且硼化鋯與碳化硅的體積比滿足85%：15%。采用濕法高能球磨混料，干燥后，于真空或惰性氣氛中燒結。燒結溫度1850～2000℃，燒結壓力20～40MPa，燒結時間20～60分鐘，可得到相對密度達98%以上的新型碳化硼陶瓷基復合材料。?

具體步驟如下：?

（1）原料：采用B₄C粉末，平均粒徑為0.5～10μm，加入量為60vol%～80vol%。

（2）增強體：選用增強體ZrB₂顆粒，平均粒徑為0.5～5μm，加入量為17vol%～34vol%，選用增強體SiC顆粒，平均粒徑為0.5～2μm，加入量為3vol%～6vol%，且硼化鋯與碳化硅的體積比滿足85%：15%。?

（3）溶劑：選用無水乙醇或丙酮為溶劑。?

（4）混料：將上述原料、增強體和溶劑按所需比例進行濕混，混合6～8小時后干燥。?

（5）燒結：在真空或惰性氣氛保護下在燒結溫度1850～2000℃，燒結壓力20～40MPa，燒結時間20～60分鐘條件下熱壓燒結。?