[發(fā)明專利]一種碳化硼碳化硅復(fù)合陶瓷及其制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210560943.0
• 申請(qǐng)日: 2012-12-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103030396A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-04-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王為民;張志曉;杜賢武;傅正義
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B35/563
• 分類號(hào): C04B35/563;C04B35/78;C04B35/622
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 唐萬(wàn)榮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種復(fù)合陶瓷材料及其制備方法，尤其涉及一種碳化硼碳化硅復(fù)合陶瓷及其制備方法，屬于陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

碳化硼(B₄C)是一種硬度僅次于金剛石和立方氮化硼的超硬材料，具有高熔點(diǎn)、低密度、優(yōu)異的耐磨性、極好的化學(xué)穩(wěn)定性和高的中子吸收能力，在機(jī)械、軍事防護(hù)、核電站、化工和航天領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用。但是B₄C是共價(jià)鍵很強(qiáng)的陶瓷材料，共價(jià)鍵占到93.9%，而且其塑性差，晶界移動(dòng)阻力大，固態(tài)時(shí)表面張力很小，因此碳化硼燒結(jié)非常困難。此外，碳化硼陶瓷的斷裂韌性和強(qiáng)度較低，這些因素阻止了碳化硼材料的進(jìn)一步發(fā)展。

研究表明，減小粉末粒徑和加入第二相物質(zhì)能提高B₄C燒結(jié)性能和機(jī)械性能。碳化硅擁有輕的質(zhì)量，高的硬度和良好的機(jī)械性能。因此，碳化硅作為第二相加入碳化硼陶瓷中，能在保持碳化硼輕質(zhì)特點(diǎn)的同時(shí)提高其機(jī)械性能。但是，碳化硼和碳化硅陶瓷都是極難燒結(jié)的材料，而且獲取細(xì)小粒徑的碳化硼、碳化硅粉體十分困難。這導(dǎo)致碳化硼碳化硅陶瓷燒結(jié)溫度較高、成本昂貴。目前所用的生產(chǎn)碳化硼碳化硅復(fù)合陶瓷的方法，如添加金屬助燒劑和滲硅反應(yīng)燒結(jié)雖然能明顯降低燒結(jié)溫度，但其制品硬度低，不耐高溫，且性能不穩(wěn)定，不易在精密結(jié)構(gòu)部件中應(yīng)用。

如中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)（申請(qǐng)?zhí)枺?00310107762.3?申請(qǐng)日：2003-12-19）公開(kāi)了液相燒結(jié)復(fù)合碳化物陶瓷材料及其陶瓷制品的制造方法，該方法由下列原料按重量百分比混合而成：碳化硅粉體占2-92、碳化硼粉體占2-92、Al-Y系添加劑占5-25、CeO₂或La₂O₃占0.5-3.0。本發(fā)明按常規(guī)方法將復(fù)合碳化物陶瓷材料進(jìn)行混料、制粉、和成型；然后，將粉末壓胚置于真空燒結(jié)爐中，先抽真空，再用氬氣沖洗三次，升溫?zé)Y(jié)，升溫速率為2-10℃/min，升溫到1700-2000℃后，保溫150-500min，燒結(jié)在真空或流動(dòng)的氬氣中進(jìn)行。

如中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)（申請(qǐng)?zhí)枺?00610042047.X申請(qǐng)日：2006-01-18）公開(kāi)了一種碳化硼基復(fù)合防彈陶瓷及其制備方法，該方法組分如下：碳化硼85-95份，碳化硅晶須1-15份，硅粉2-15份，硼化物1-5份，均為重量份。將碳化硼粉體、碳化硅晶須、硅粉和硼化物以無(wú)水乙醇為介質(zhì)，球磨混合，真空條件下烘干，制備混合粉體；加入到石墨磨具中，熱壓燒結(jié)，溫度為1700-2000℃，壓力為30-40MPa。

如中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)（申請(qǐng)?zhí)枺?01010547748.5?申請(qǐng)日：2010-11-17）公開(kāi)了一種碳化硼基陶瓷復(fù)合材料的制備方法，按以下步驟進(jìn)行：（1）將碳化硼粉與粘結(jié)劑混合均勻，或?qū)⑻蓟鸱刍旌象w與粘結(jié)劑混合均勻，混合比例為粘結(jié)劑占碳化硼粉或碳化硼混粉體總重量的10-20%，制成粘結(jié)物料，將粘結(jié)物料進(jìn)行過(guò)篩，選取粒度在24-60目間的顆粒作為模壓物料；（2）將模壓物料在50-300MPa的壓力下模壓成型，再在50-500℃干燥10-15h后獲得B₄C-C素坯；（3）將B₄C-C素坯作為骨架，采用Si作為熔滲劑，進(jìn)行真空熔滲，熔滲過(guò)程先是以3-10^℃/min的速度升溫至1350-1550℃，然后保溫30-60min，獲得碳化硼陶瓷復(fù)合材料。

以上專利涉及的制備方法中，如采用Si作為熔滲劑進(jìn)行真空熔滲得到的制品中殘留大量的Si單質(zhì)，降低了制品的硬度以及其高溫機(jī)械性能，此外，采用這種方法制備的制品中，兩相的分布不均勻，導(dǎo)致制品的性能不穩(wěn)定；而液相燒結(jié)得到的制品，晶粒較大，硬度較低高溫機(jī)械性能差。這兩種方法得到的制品硬度低，不耐高溫，且性能不穩(wěn)定，只能滿足日常應(yīng)用，不易用于精密結(jié)構(gòu)工程中。

發(fā)明內(nèi)容

????本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足而提供一種碳化硼碳化硅復(fù)合陶瓷及其制備方法，該碳化硼碳化硅復(fù)合陶瓷具有硬度高、密實(shí)度高、高溫機(jī)械性能好的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明為解決上述提出的問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為：

一種碳化硼碳化硅復(fù)合陶瓷，它由碳化硼、碳粉和硅粉三元混合粉體經(jīng)過(guò)機(jī)械合金化后，再由反應(yīng)熱壓技術(shù)燒結(jié)而成，按重量百分比計(jì)所述的三元混合粉體中包括碳化硼粉體50%-90%，碳粉15%-3%，硅粉35%-7%，所述碳粉和硅粉的摩爾比為0.8-1.2。

所述碳化硼碳化硅復(fù)合陶瓷中碳化硼與碳化硅的質(zhì)量比為9:1-1:1（所述碳化硼碳化硅復(fù)合陶瓷中碳化硼的質(zhì)量百分比為50%-90%）。