[發(fā)明專利]反應(yīng)燒結(jié)碳化硼陶瓷復(fù)合材料的凝膠注模成型制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610156941.3
• 申請(qǐng)日: 2016-03-17
• 公開（公告）號(hào): CN105777130B
• 公開（公告）日: 2018-08-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 茹紅強(qiáng);徐昱峰;王偉;常龍飛;張鑫;姜巖;葉超超;張美云
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B35/563
• 分類號(hào): C04B35/563;C04B35/622;C04B35/624;C04B35/634;C04B35/65
• 代理公司: 沈陽東大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

一種反應(yīng)燒結(jié)碳化硼陶瓷復(fù)合材料的凝膠注模成型制備方法：1)：將間苯二酚、甲醛、碳酸鈉和去離子水混合，加入B₄C粉末，形成B₄C混合漿料；2)：將混合漿料，真空除氣注模密封；水浴中進(jìn)行溶膠凝膠化，并老化4～50h；常壓干燥后高溫碳化，制得B₄C/C素坯；3)：在B₄C/C素坯上放置硅，進(jìn)行高溫熔滲制得燒結(jié)體，冷卻去除多余的硅，獲得反應(yīng)燒結(jié)碳化硼陶瓷復(fù)合材料。本發(fā)明方法形成素坯同時(shí)引入介孔碳，獲得結(jié)構(gòu)均勻且孔結(jié)構(gòu)可控的B₄C/C素坯；本發(fā)明的B₄C/C素坯強(qiáng)度為10～50MPa，利于機(jī)械加工，可制備復(fù)雜形狀產(chǎn)品；本發(fā)明的反應(yīng)燒結(jié)碳化硼陶瓷復(fù)合材料的維氏硬度17～26GPa，抗彎強(qiáng)度255～484MPa，斷裂韌性3～5MPa·m^1/2。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于陶瓷技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種反應(yīng)燒結(jié)碳化硼陶瓷復(fù)合材料的凝膠注模成型制備方法。

背景技術(shù)

碳化硼是自然界中硬度僅次于金剛石和立方氮化硼的重要超硬材料，它具有高硬度、低密度、高模量、高溫半導(dǎo)體特性以及良好的熱穩(wěn)定性及耐蝕性等優(yōu)點(diǎn)，是一種高性能工程陶瓷材料，被用作液氣密封材料，航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴，防彈裝甲材料，半導(dǎo)體精密結(jié)構(gòu)部件等，在國防、機(jī)械、化工以及航空航天等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但其燒結(jié)困難及低的斷裂韌性兩個(gè)致命的缺點(diǎn)使得碳化硼陶瓷材料的應(yīng)用受到了極大限制，例如，碳化硼陶瓷燒結(jié)困難，通常需要極高溫度進(jìn)行燒結(jié)其燒結(jié)溫度一般在2000℃左右，即使采用熱壓燒結(jié)其燒結(jié)溫度仍需1800℃左右。

授權(quán)公告號(hào)為CN 102464490 B的中國發(fā)明專利公開了一種碳化硼基陶瓷復(fù)合材料的制備方法，采用反應(yīng)燒結(jié)工藝制備碳化硼陶瓷，燒結(jié)溫度控制在1350℃-1550℃，明顯降低了燒結(jié)溫度，從而降低生產(chǎn)能耗和制備成本。但是由模壓過程難以完全消除粉體之間的“橋拱效應(yīng)”，且碳源及成型壓力的分布不均，易造成粉體團(tuán)聚，因此素坯的結(jié)構(gòu)均勻性差進(jìn)而使得燒結(jié)體中各相分布不均勻，導(dǎo)致制品的性能不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種反應(yīng)燒結(jié)碳化硼陶瓷復(fù)合材料的凝膠注模成型制備方法。該方法通過凝膠注模的方法制備可控的反應(yīng)燒結(jié)碳化硼陶瓷坯體結(jié)構(gòu)，進(jìn)而獲得結(jié)構(gòu)均勻的燒結(jié)體；發(fā)揮反應(yīng)燒結(jié)碳化硼低溫?zé)Y(jié)的優(yōu)勢，提高反應(yīng)燒結(jié)碳化硼陶瓷的綜合性能。

本發(fā)明的反應(yīng)燒結(jié)碳化硼陶瓷復(fù)合材料的凝膠注模成型制備方法，包括如下步驟：

步驟1：將間苯二酚(R)、甲醛(F)、碳酸鈉(N)和去離子水(W)混合，攪拌至完全溶解，加入B₄C粉末，球磨混合均勻，形成B₄C混合漿料；其中，按摩爾比，間苯二酚和甲醛摩爾比R/F＝0.3～0.75，間苯二酚和碳酸鈉摩爾比R/N＝50～2000，間苯二酚和去離子水摩爾比R/W＝0.01～0.25；B₄C粉末的平均粒度為3.5～106μm；B₄C混合漿料中碳化硼的含量為40～75wt％；

步驟2：

(1)將B₄C的混合漿料，真空除氣注模密封；

(2)將密封的B₄C的混合漿料，放入65～95℃的水浴中進(jìn)行溶膠凝膠化，形成凝膠后繼續(xù)在相同溫度下老化4～50h，制得間苯二酚-甲醛(RF)聚合物/B₄C水凝膠；

(3)將水凝膠常壓干燥后，高溫碳化，制得B₄C/C素坯；

步驟3：

(1)將B₄C/C素坯，置于反應(yīng)燒結(jié)爐中，在B₄C/C素坯上放置粉體硅或塊體硅，進(jìn)行高溫熔滲，制得燒結(jié)體；其中，熔滲溫度為1450～1600℃，保溫30～60min；