[發(fā)明專利]類碳化硼相-碳化硅或類碳化硼相-碳化硅-碳化硼復(fù)相陶瓷材料及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510963722.1
• 申請(qǐng)日: 2015-12-18
• 公開（公告）號(hào): CN105622102A
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李曉光;余明先;張景賢;姚秀敏;陳忠明;劉學(xué)建;黃政仁;江東亮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號(hào): C04B35/563
• 分類號(hào): C04B35/563;C04B35/573
• 代理公司: 上海瀚橋?qū)＠硎聞?wù)所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優(yōu)麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高性能陶瓷材料及其制備方法，尤其涉及一種高性能復(fù)相陶瓷材料 的制備方法，屬于材料科學(xué)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

碳化硼是一種強(qiáng)共價(jià)鍵化合物，具有密度低(理論密度2.52g/cm³)、硬度高(僅次 于立方氮化硼和金剛石)、常溫化學(xué)穩(wěn)定性高、中子吸收界面大的特點(diǎn)?；谏鲜鎏攸c(diǎn)，碳 化硼在作為防彈材料、中子吸收材料、耐磨材料等方面具有重要應(yīng)用。

碳化硅也是一種共價(jià)鍵為主的材料，具有高熔點(diǎn)、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐磨性好、高熱 導(dǎo)、高溫強(qiáng)度性能好等優(yōu)點(diǎn)。這使得碳化硅在密封材料、熱交換材料、耐高溫部件方面具有 重要應(yīng)用。

結(jié)合兩者優(yōu)點(diǎn)，研究者希望制備出碳化硼-碳化硅復(fù)相材料。但共價(jià)鍵特性導(dǎo)致碳化 硼和碳化硅陶瓷材料均難以燒結(jié)致密，特別是碳化硼，其共價(jià)鍵特性更強(qiáng)。這難以滿足應(yīng)用 中高致密度的需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題提供了類碳化硼相-碳化硅或類碳化硼相-碳化 硅-碳化硼復(fù)相陶瓷，所述復(fù)相陶瓷包括由碳化硼和Si粉高溫反應(yīng)形成的類碳化硼相和碳化 硅，所述類碳化硼相的化學(xué)組成為B₁₂(B,C,Si)₃。最終形成所述復(fù)相陶瓷中類碳化硼相體積 分?jǐn)?shù)在40％～90％。

本發(fā)明以碳化硼和Si粉為原料，高溫反應(yīng)生成碳化硅粉體和類碳化硼粉體，再經(jīng)燒 結(jié)制得含有碳化硅相和類碳化硼相的復(fù)相陶瓷，即類碳化硼相-碳化硅復(fù)相陶瓷材料，類碳 化硼的晶格參數(shù)接近碳化硼，然后其比碳化硼更容易燒結(jié)，從而本發(fā)明提供的復(fù)相陶瓷兼具 有碳化硼、碳化硅的優(yōu)異性能，且易燒結(jié)，致密度高。

本發(fā)明中，原料中碳化硼粉體含量較高時(shí)，所述復(fù)相陶瓷還包括碳化硼相，所述復(fù) 相陶瓷中碳化硼相的體積分?jǐn)?shù)為0～10％，燒結(jié)可制得類碳化硼相-碳化硅-碳化硼復(fù)相陶 瓷。

又，本發(fā)明中，所述復(fù)相陶瓷的密度為2.55～3.00g/cm³。

本發(fā)明還提供一種上述復(fù)相陶瓷的制備方法，包括：

配制碳化硼10～90wt％，Si粉90～10wt％，各組分質(zhì)量百分比和為100％，均勻混合并干 燥，將所得產(chǎn)物在惰性氣氛、還原性氣氛或真空氣氛中，以1～50℃/min的升溫速率升溫到 1410～2100℃，保溫時(shí)間為0.5～12小時(shí)，優(yōu)選0.5～7小時(shí)，以1～50℃/分鐘降溫速率降 至室溫或隨爐冷卻至室溫；

將所得粉體經(jīng)過高能球磨或砂磨，而后進(jìn)行酸洗2～5次，酸洗后按順序進(jìn)行離子水、酒 精、甲醇各清洗2～5次，待烘干后即可得到高純的復(fù)相陶瓷粉體；

將所得復(fù)相陶瓷粉體與燒結(jié)助劑混合，經(jīng)成型得到陶瓷坯體；

所得陶瓷坯體低溫脫粘后，燒結(jié)制得所述復(fù)相陶瓷。

較佳地，所述碳化硼粉體純度在95wt％以上，平均粒徑范圍為0.1～100微米，優(yōu)選 0.1微米，Si粉純度在99％以上，平均粒徑范圍為1微米～1毫米，優(yōu)選1微米。

較佳地，所述酸洗所用的酸為HF外、H₂SO₄、HNO₃、和HCl中的至少一種。

本發(fā)明中，所述燒結(jié)助劑為炭黑、石墨烯、碳納米管、碳的有機(jī)前驅(qū)體、金屬的碳 化物、硼化物、氮化物、硅化物和氧化物中的至少一種，與所述燒結(jié)助劑與復(fù)相陶瓷粉體質(zhì) 量比為(0.001～0.05):1。當(dāng)所述燒結(jié)助劑為固體顆粒時(shí)，平均粒徑范圍為0.1微米～0.5微 米。

本發(fā)明中，所述成型包括干壓-等靜壓、注漿、流延和擠出等干法或濕法成型方法。

本發(fā)明中，所述脫粘是在真空氣氛或惰性氣氛下進(jìn)行，溫度為900～1200℃。

本發(fā)明中，所述坯體的燒結(jié)方式為高溫?zé)o壓燒結(jié)：以1～50℃/min升溫速率升溫至 1800～2300℃，保溫時(shí)間為1～24小時(shí)，以1～50℃/min降溫速率降至室溫或隨爐降溫。或 者坯體燒結(jié)方式為熱壓燒結(jié)：壓力范圍5～100MPa，以1～50℃/min升溫速率升溫至 1700～2300℃，保溫時(shí)間為1～24小時(shí)，以1～50℃/min降溫速率降至室溫或隨爐降溫。再 或者坯體燒結(jié)方式為等靜壓燒結(jié)：壓力范圍5～100MPa，以1～50℃/min升溫速率升溫至 1700～2300℃，保溫時(shí)間為1～24小時(shí)，以1～50℃/min降溫速率降至室溫或隨爐降溫。