[發(fā)明專利]一種碳化硼陶瓷的二次燒結方法

在審

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• 申請日: 2018-03-21
• 公開（公告）號: CN108675793A
• 公開（公告）日: 2018-10-19
• 發(fā)明（設計）人: 王小華;吳方旭;崔莉;初洪超;李宗濤;王丹;馬達;謝淼
• 申請（專利權）人: 北京清核材料科技有限公司
• 主分類號: C04B35/563
• 分類號: C04B35/563;C04B35/622;C04B35/645
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本發(fā)明涉及一種碳化硼陶瓷的二次燒結方法，屬于陶瓷制備領域，其特征在于使用純碳化硼進行燒結，且在傳統(tǒng)的一次燒結基礎上增加再燒結步驟。它是通過如下技術方案實現(xiàn)的：按質(zhì)量百分比，將碳化硼80％?94％，去離子水5％?15％，丙三醇1％?10％通過球磨及過篩混合均勻，冷壓成型，利用真空熱壓燒結技術制備碳化硼陶瓷，本發(fā)明中采用二次燒結方法，在低于碳化硼熔點450℃的最高燒結溫度下，得到了致密化且各項物理性能優(yōu)異的碳化硼陶瓷。本發(fā)明解決了碳化硼純粉燒結致密化困難的問題，為防彈陶瓷材料領域提供了一種致密化陶瓷制備方法。

技術領域

本發(fā)明涉及一種碳化硼陶瓷的二次燒結方法，屬于陶瓷材料制備領域。

背景技術

陶瓷材料具有強度高、硬度高、耐高溫、抗氧化等優(yōu)異性能，已成為裝甲防護領域中的主要材料之一。在裝甲防護領域中，碳化硅、氧化鋁及碳化硼是其中舉足輕重的防彈陶瓷材料，而相比其他兩種，碳化硼具有密度低、強度高、比模量高等優(yōu)勢，綜合防彈性能更好。碳化硼是一種無機非金屬材料，它的晶體結構中具有93％以上的共價鍵，這使得它具有優(yōu)異的物理化學性能，但同時也給其制備增加了難度。

碳化硼的熔點高達2350℃，這使得其純度越高，燒結越困難。碳化硼陶瓷可使用無壓燒結及熱壓燒結等方法，通常會利用添加燒結助劑的方法來降低其燒結溫度，從而在一定程度上降低碳化硼材料的性能。

發(fā)明內(nèi)容

目前熱壓燒結是制備純度較高致密碳化硼陶瓷最為有效的方法，而本專利中通過對未添加燒結助劑的純粉采用二次燒結的方法得到致密且性能優(yōu)異的碳化硼陶瓷，技術方案如下：

1.采用碳化硼純粉，不加入燒結助劑。

2.實施步驟及工藝控制參數(shù)如下：

1)碳化硼80％-94％，去離子水5％-15％，丙三醇1％-10％，其比例為質(zhì)量百分比；

2)將預選比例的碳化硼、去離子水、丙三醇置于球磨罐中，球料比為1∶3，球磨1-3h；

3)取出球磨后的混合物，將其過200目篩，以期充分混勻；

4)利用冷壓機進行素坯成型，使用壓力為15-30MPa；

5)將坯體置于烘箱中，70-130℃干燥12-20h，得到干燥的坯體；

6)將成型素坯與石墨模具、附件等組裝，入真空熱壓爐進行燒結；爐內(nèi)真空度保持在1-0.1Pa；

燒結溫度控制機制為：室溫-900℃，升溫速率為15-25℃/min，保溫20-30min；900-1500℃，升溫速率為10-15℃/min，保溫20-30min；1500℃-1900℃，升溫速率為8-10℃/min，保溫30min；自然降溫至900℃；再次升溫，900-1500℃，升溫速率為10-15℃/min，保溫20-30min；1500℃-1900℃，升溫速率為8-10℃/min，保溫30min；自然降溫至安全溫度后出爐。壓力控制機制為：0P-30％P，30min；30P-60％P，35min；60P-85％P，45min，保壓20-30min；85P-100％P，50min，保壓，首次自然降溫時逐漸卸載壓力，再次升溫時再隨之升壓；保溫結束后逐步卸載壓力至出爐。

依據(jù)本發(fā)明制得的碳化硼陶瓷與一次燒結得到的碳化硼陶瓷性能對比：

產(chǎn)品密度由2.35g/cm³提升至2.51g/cm³，致密度由93.25％提升至99.6％；

產(chǎn)品維氏硬度由2700HV提高到3100HV；

產(chǎn)品抗彎強度由250MPa提高到300MPa；

斷裂韌性由3.0MPa·m^1/2提高到3.7MPa·m^1/2；