[發明專利]一種碳納米管增強二硼化鋯陶瓷基復合材料的制備方法

在審

• 申請號: 201711025549.6
• 申請日: 2017-10-27
• 公開（公告）號: CN107619290A
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發明（設計）人: 陳東進
• 申請（專利權）人: 東莞市聯洲知識產權運營管理有限公司
• 主分類號: C04B35/80
• 分類號: C04B35/80;C04B35/58;C04B35/626
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司11246
• 代理人: 連平

技術領域：

本發明涉及復合材料制備領域，具體的涉及一種碳納米管增強二硼化鋯陶瓷基復合材料的制備方法。

背景技術：

二硼化鋯陶瓷具有優越的耐高溫和耐腐蝕性能及相對較低的理論密度，因此一直被認為是超高溫陶瓷家族中最有應用前景的材料之一。目前，二硼化鋯陶瓷已廣泛用作各種高溫結構及功能材料，如：航空工業中的渦輪葉片、磁流體發電電極等。但二硼化鋯陶瓷斷裂韌性較低，限制了其在苛刻作業環境下的應用，如超聲速飛行器鼻錐和前沿、超燃沖壓發動機熱端部件等。因此制備一種力學性能優異的二硼化鋯陶瓷基復合材料成為二硼化鋯陶瓷廣泛應用的關鍵。

發明內容：

本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種碳納米管增強二硼化鋯陶瓷基復合材料的制備方法，該方法制得的復合材料強度大，耐高溫性能優異，制備方法簡單，成本低。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種碳納米管增強二硼化鋯陶瓷基復合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)稱量二氧化鋯、硼酸和碳粉，然后將稱量的粉末混合均勻，干燥研磨后置于真空碳管爐內進行碳熱還原反應，制得粉體A；

(2)稱量鋯粉和硼粉，將其混合均勻后球磨，得到的混合料再自蔓延合成裝置中壓實，然后反應，制得粉體B；

(3)將上述制得的粉體A和粉體B混合研磨，然后裝入到高強石墨模具中真空熱壓燒結處理，處理結束后，研磨，制得二硼化鋯粉體；

(4)將酚醛樹脂和無水乙醇混合攪拌至固體溶解，然后加入1/3重量的上述制得的二硼化鋯粉體和碳納米管，超聲分散30min后，緩慢滴加聚乙烯亞胺，攪拌反應2h，攪拌反應后真空處理，制得復合膠體；

(5)將剩余的二硼化鋯粉體加入上述制得的復合膠體中，攪拌混合5h，制得漿料，然后將漿料注入到高溫模具中，干燥，脫模，制得粗坯；

(6)將上述制得的坯體干燥后置于真空管式爐內，真空熱壓燒結處理，制得成品。

作為上述技術方案的優選，步驟(1)中，所述二氧化鋯、硼酸和碳粉的質量比為100：(100-180)：(40-70)。

作為上述技術方案的優選，步驟(1)中，所述碳熱還原反應的條件為：真空度小于0.1Pa，溫度1500-2000℃，時間1-6h。

作為上述技術方案的優選，步驟(2)中所述鋯粉和硼粉的質量比為(80-100)：(10-30)。

作為上述技術方案的優選，步驟(3)中，所述粉體A、粉體B的質量比為(7-9)：(1-3)。

作為上述技術方案的優選，步驟(3)中，所述真空熱壓燒結的條件為：真空度小于0.1Pa，加熱方式采用中頻感應加熱，加熱功率大于350KW；燒結壓力為30-100MPa，燒結溫度為1800-2100℃，保溫時間3-6h。

作為上述技術方案的優選，步驟(4)中，所述酚醛樹脂、無水乙醇、二硼化鋯粉體、碳納米管、聚乙烯亞胺的用量以重量份計分別為：酚醛樹脂6份、無水乙醇75份、二硼化鋯粉體8份、碳納米管0.8份、聚乙烯亞胺0.09份。

作為上述技術方案的優選，步驟(6)中，所述干燥的條件為真空干燥，干燥溫度40-60℃，干燥時間7h。

作為上述技術方案的優選，步驟(6)中，真空熱壓燒結的條件為真空度小于0.1Pa，燒結溫度1200-1700℃，燒結壓力10-20MPa，燒結時間為30min。

本發明具有以下有益效果：

本發明首先分別采用自蔓延合成法和碳熱還原法分別制得粉體；然后以自蔓延合成法制得粉體作為添加劑加入到碳熱還原法制得的粉體中，裝入模具后進行真空熱壓燒結處理，該方法制得的二硼化鋯粉體耐高溫性能優異，致密度大，操作簡單，成本低；

本發明采用酚醛樹脂在真空條件下與聚乙烯亞胺發生交聯制備膠體的原理，首先制備酚醛樹脂的無水乙醇溶液，然后加入少量的二硼化鋯和碳納米管，超聲分散均勻后，滴加聚乙烯亞胺，真空處理，制得分散均勻的復合膠體，而且本發明合理調節各組分的用量，使得制得的膠體穩定性好；最后在膠體中加入剩余的二硼化鋯，模壓成型后，真空干燥，最后將制得的粗坯真空熱壓燒結制得成品；該方法制得的成品耐高溫性能優異，致密度大；制備過程中無需對粉體原料進行處理，有效節約了成本。

具體實施方式：

為了更好的理解本發明，下面通過實施例對本發明進一步說明，實施例只用于解釋本發明，不會對本發明構成任何的限定。

實施例1

一種碳納米管增強二硼化鋯陶瓷基復合材料的制備方法，包括以下步驟：