[發明專利]一種原位反應制備的硅硼碳氮鋯復相陶瓷及其方法

在審

• 申請號: 201611030468.0
• 申請日: 2016-11-16
• 公開（公告）號: CN106699187A
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 賈德昌;苗洋;楊治華;段小明;周玉
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C04B35/565
• 分類號: C04B35/565;C04B35/58;C04B35/65;C04B35/624
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司11340
• 代理人: 范光曄

技術領域

本發明涉及一種原位反應制備的硅硼碳氮鋯復相陶瓷及其方法，屬于硅硼碳氮鋯陶瓷復合材料及其制備方法技術領域。

背景技術

硅硼碳氮陶瓷復合材料本身的共價鍵結構賦予其較高的熱穩定性、抗高溫氧化、抗高溫蠕變等性能，加之其具有密度低、彈性模量低等優點，是一種新型的多功能高溫防熱材料，可用于航天器的機頭錐帽、機翼前緣、舵面、蓋板和噴管等。

硼化鋯陶瓷常溫和高溫下強度均很高，耐熱震性好。具有耐高溫、電阻小、高溫下抗氧化等諸多優點。通過溶膠凝膠法將硼化鋯引入到硅硼碳氮基體中，能夠很好的提高陶瓷材料的整體性能。然而，陶瓷本身的高共價鍵性又使其成為一種本質脆性材料，在使用過程中容易產生缺陷，導致災難性的破壞，在一定程度上限制了其應用范圍。因此，陶瓷的強韌化技術一直備受研究人員的關注。

發明內容

本發明的目的是為了提高硅硼碳氮陶瓷耐燒蝕性，進而提供一種原位反應制備硅硼碳氮鋯復相陶瓷及其方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種原位反應制備的硅硼碳氮鋯復相陶瓷，由正丙醇鋯、乙酰丙酮、無水乙醇、硅粉、石墨和六方氮化硼為原料制備而成。所述正丙醇鋯、乙酰丙酮和無水乙醇的摩爾比為1:1:40，所述硅粉、石墨和六方氮化硼的摩爾比為2:3:1。其中，鋯源所占高能球磨后硅硼碳氮粉末的摩爾比為15％。

一種原位反應制備硅硼碳氮鋯復相陶瓷的方法，

步驟一、將正丙醇鋯、乙酰丙酮和無水乙醇混合后進行磁力攪拌，制成溶膠溶液，所述磁力攪拌時間為45～50小時；正丙醇鋯、乙酰丙酮、無水乙醇的摩爾比為1:1:40；

步驟二、將硅粉、石墨和六方氮化硼粉體混合到步驟一得到的溶膠溶液中，進行磁力攪拌得到混合溶液，所述磁力攪拌時間為45～50小時；硅粉、石墨和六方氮化硼的摩爾比為2:3:1；

步驟三、將步驟二得到的混合溶液放入干燥爐中進行干燥，干燥溫度為75℃～85℃，干燥時間為24～48小時，得到干燥凝膠；

步驟四、將步驟三得到的干燥凝膠放入高溫管式爐中，在管式爐中裂解得到硅硼碳氮-氧化鋯混合物粉末，裂解溫度為500℃～600℃，裂解時間為1.5～2.5小時，保護氣氛為氮氣；

步驟五、將步驟四中得到的硅硼碳氮-氧化鋯混合物粉末在放電等離子爐中燒結，燒結溫度為2000℃，燒結壓力為35～45MPa，燒結氣氛為真空，燒結保溫時間為5分鐘，最終得到硅硼碳氮鋯陶瓷復合材料。

本發明制備的硅硼碳氮鋯陶瓷復合材料經測試，其抗彎強度為411±16MPa，彈性模量為160±16GPa，斷裂韌性為5.0±0.1MPa·m^1/2。本發明的硅硼碳氮鋯陶瓷復合材料制備中所用原料易得價廉，工藝簡單，制備周期短；本發明的硅硼碳氮鋯陶瓷復合材料綜合性能好，適于制造航天防熱用核心零部件。

附圖說明

圖1為硅硼碳氮鋯陶瓷復合陶瓷材料的TEM照片(明場像)。

圖2為硅硼碳氮鋯陶瓷復合陶瓷材料的TEM照片(面掃描)。

圖3為圖1中選定區域的HRTEM照片。

具體實施方式

下面將對本發明做進一步的詳細說明：本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式，但本發明的保護范圍不限于下述實施例。

本實施例所涉及的一種原位反應制備硅硼碳氮鋯復相陶瓷，由正丙醇鋯、乙酰丙酮、無水乙醇、硅粉、石墨和六方氮化硼為原料制備而成。正丙醇鋯、乙酰丙酮和無水乙醇的摩爾比為1:1:40，硅粉、石墨和六方氮化硼的摩爾比為2:3:1。其中，鋯源所占高能球磨后硅硼碳氮粉末的摩爾比為15％。

所述硅粉、石墨和六方氮化硼粉體的純度均為99％～99.9％。

所述硅粉、石墨和六方氮化硼粉體的粒徑均為1～20μm。

本實施例所涉及的一種原位反應制備硅硼碳氮鋯復相陶瓷的方法，其步驟如下：

步驟一、將正丙醇鋯、乙酰丙酮和無水乙醇混合后進行磁力攪拌，制成溶膠溶液，所述磁力攪拌時間為45～50小時；正丙醇鋯、乙酰丙酮、無水乙醇的摩爾比為1:1:40。

步驟二、將硅粉、石墨和六方氮化硼粉體混合到步驟一得到的溶膠溶液中，進行磁力攪拌得到混合溶液，所述磁力攪拌時間為45～50小時；硅粉、石墨和六方氮化硼的摩爾比為2:3:1。

步驟三、將步驟二得到的混合溶液放入干燥爐中進行干燥，干燥溫度為75℃～85℃，干燥時間為24～48小時，得到干燥凝膠；