[發明專利]一種二硼化鋯陶瓷材料的燒結方法

有效

• 申請號: 201210582545.9
• 申請日: 2012-12-28
• 公開（公告）號: CN103011829A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 王海龍;陳建寶;趙笑統;張銳;張鉦;盧紅霞;許紅亮;陳德良;范冰冰
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: C04B35/58
• 分類號: C04B35/58;C04B35/64
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 時立新;黃偉

技術領域

本發明屬于無機復合材料制備技術領域，特別涉及一種二硼化鋯陶瓷材料的燒結方法。

背景技術

隨著航空航天、國防事業的高速發展，現代飛行器（如超高音速飛行器、導彈、航天飛機等）正向著高速、高空和更安全的方向發展，這對超高溫材料提出了越來越苛刻的要求：能夠適應超高音速巡航飛行、大氣層再入、跨大氣層長航時飛行和火箭推進等一些極端環境。關于超高溫材料的研究是發展航空航天和國防事業的關鍵技術需要。因此，對超高溫材料的研究在國家的航空航天和國防事業方面具有非常重要的戰略意義。

ZrB₂具有高熔點（3245℃）、高強度、高硬度、好的導電導熱性、好的抗腐蝕性等優點，將在航空航天等領域內發揮重要作用，具體可以作為高超音速飛行器機身材料，尤其是機翼前端、鼻錐和窗戶及引擎口等承受高溫的部件使用。還可以作為再入飛行器的機身及鼻錐等高溫部件材料使用。火箭的鼻錐、固體火箭噴管和航天飛機的機翼前緣的保護層也可以用其制備。但是由于ZrB₂共價鍵結合特點，使得其很難被燒結，一般燒結溫度在2000℃以上，脆性大并且其強度隨著使用溫度的升高而降低，在溫度大于1200℃環境下使用容易被氧化，這些都大大限制了ZrB₂的應用。

SiC和ZrSi₂因其優越的性能而被廣泛用作ZrB₂陶瓷的增韌增強相。SiC和ZrSi₂不僅促進ZrB₂陶瓷的致密化，還提高了ZrB₂陶瓷的各項性能。因此，采用SiC、?ZrSi₂或SiC和ZrSi₂一起復合ZrB₂陶瓷是今年來的研究熱點。目前，向ZrB₂陶瓷基體中引入SiC和ZrSi₂的方式主要是購買現成的SiC和ZrSi₂進行添加，以球磨混料方式進行混合，這種引入的方式存在著一些缺陷，如混料過程中SiC和ZrSi₂在基體分散均勻性的問題，還有SiC和ZrSi₂可能會部分損壞等，同時這種引入方式難以在低溫下更好促進ZrB₂陶瓷的致密化。

發明內容

本發明的目的在于提供一種二硼化鋯陶瓷材料的燒結方法，可以克服現有方法存在的SiC和ZrSi₂在基體分散方面的不均勻以及在低溫下不能很好促進ZrB₂陶瓷致密化的問題。

本發明采用的技術方案如下：

一種二硼化鋯陶瓷材料的燒結方法，以ZrB₂,?ZrC和Si粉為原料，采用放電等離子燒結工藝制備出ZrB₂-SiC-ZrSi₂陶瓷材料。

原位生成的SiC和ZrSi₂總質量和ZrB₂基體的質量比為1:1.5-9。

將ZrB₂,?ZrC和Si粉混合后，用酒精和氧化鋯磨球在球磨機上球磨2-4h，然后過濾、真空干燥和過篩2-3遍。

磨球的質量和混合粉體質量比優選為2:1，酒精量優選為球料體積的1.5-2倍。

將ZrB₂,?ZrC和Si粉混合后，以50-200℃/min的升溫速率升溫至燒結溫度。

采用放電等離子燒結時，真空氛圍下在1450-1550℃、20-50MPa壓力下保壓5-20min制備出ZrB₂-SiC-ZrSi₂陶瓷復合塊體材料。