[發明專利]一種高致密碳化硼復相陶瓷材料的制備方法

在審

• 申請號: 201410408985.1
• 申請日: 2014-08-19
• 公開（公告）號: CN105367057A
• 公開（公告）日: 2016-03-02
• 發明（設計）人: 張兆泉;董滿江;錢鵬翔;顧輝
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C04B35/563
• 分類號: C04B35/563;C04B35/622
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優麗

一種高致密碳化硼復相陶瓷材料的制備方法，所述方法包括：1）配制均勻混合的原料粉末，原料粉末包含碳化硼粉、過渡金屬硼化物粉體、過渡金屬氧化物粉體，以及碳和/或碳前驅體物質；2）采用步驟1）制備的原料粉末制成碳化硼復相陶瓷材料的素坯，并將所述素坯在真空或惰性氣氛、2000?2150℃下燒結得到碳化硼復相陶瓷材料。

技術領域

本發明屬于特種材料制備領域，具體涉及一種碳化硼復相陶瓷材料的制備方法。

背景技術

碳化硼是一種強共價鍵的化合物。碳化硼陶瓷的硬度很高，但材料密度低，只有2.52g/cm3。上述優異性能使碳化硼陶瓷具有廣泛的用途，其應用也受到諸多限制，最重要的有兩點，一是致密化較難，一般要通過熱壓燒結才能獲得較高致密度的材料，材料和部件成本很高；另一個是碳化硼陶瓷的韌性較低，這對它的性能產生一定程度的影響。

美國專利US4,195,066，英國專利GB2,014,193提出用超細碳化硼粉和有機碳源可以通過無壓燒結制備碳化硼陶瓷。采用這些方法，可以獲得密度在95％以上的碳化硼陶瓷，但其韌性性能并沒有提高。

美國專利7,332,221提出采用滲硅的方法降低碳化硼陶瓷的氣孔率，可以不經熱壓燒結獲得較致密的碳化硼陶瓷。但這種工藝會降低碳化硼陶瓷的性能。

將碳化硼與過渡金屬硼化物如硼化鈦一起制成復相陶瓷是提高碳化硼性能的一個重要方法。碳化硼與碳化鈦粉體一般采用熱壓燒結方法可獲得相對密度95％以上的陶瓷材料，復相材料的硬度韌性較純碳化硼有一定程度的提高。日本專利JP60/235764在2200℃通過無壓燒結獲得了B4C-TiB2陶瓷，密度達到95％，但是由于燒結溫度較高，材料晶粒長大明顯，性能受到一定程度的影響。

美國專利US5,720,910提出采用碳化硼粉和TiO2粉體為原料，可以在較低溫度下制備B4C-TiB2陶瓷。然而采用這種配料時，TiB2全部由TiO2轉化生成，在燒結過程中有大量氣體放出，素坯失重大、收縮大，樣品很容易發生開裂和變形。

另外申請號為201210267777.5的中國發明專利公開一種以碳化鉻作為燒結助劑利用其生成的液相硼化鉻時碳化硼燒結致密化，其雖然也籠統地提到體系中還可以增加氧化鈦、氧化鉻作為燒結助劑，但并沒有給出實質的實施例，其中的氧化鈦、氧化鉻作用并不明確。

因此，本領域迫切需要一種制備高性能碳化硼陶瓷材料的方法。

發明內容

本發明旨在克服現有碳化硼陶瓷材料制備方法的不足，本發明提供了一種碳化硼復相陶瓷材料的制備方法。

本發明提供了一種碳化硼復相陶瓷材料的制備方法，所述方法包括：

1)配置均勻混合的原料粉末，其中，以質量份數計算，原料粉末包含碳化硼粉100份、過渡金屬硼化物粉體20-50份、過渡金屬氧化物粉體1-20份，以及碳和/或碳前驅體物質中的碳1-15份；

2)采用步驟1)制備的原料粉末制成碳化硼復相陶瓷材料的素坯，并將所述素坯在真空或惰性氣氛、2000-2150℃下燒結得到碳化硼復相陶瓷材料。

較佳地，步驟1)中，步驟1)中，所述過渡金屬硼化物粉體為硼化鈦、硼化鎢、硼化釩、硼化鋯粉體中的至少一種。

較佳地，步驟1)中，步驟1)中，所述原料粉末還包含過渡金屬碳化物，所述金屬碳化物為碳化鈦、碳化鎢、碳化釩、碳化鋯中的至少一種，所述過渡金屬碳化物在原料粉末中的含量為1-20份。