[發明專利]仿生珍珠層MAX相碳化物陶瓷基復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201811006638.0
• 申請日: 2018-08-31
• 公開（公告）號: CN109180186B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 楊銳;謝曦;崔玉友;賈清;柏春光
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C04B35/56
• 分類號: C04B35/56;C04B35/622
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

1.一種仿生珍珠層MAX相碳化物陶瓷基復合材料的制備方法，其特征在于，利用片層狀MAX粉體作為構筑堆砌復合材料的磚塊，利用液體介質晶體生長在溫度梯度的取向性，通過低溫冷凍液體介質來獲得類似天然珍珠外殼中的層狀凝固晶體陶瓷復合結構，然后去除掉介質晶體，獲得連續片層孔洞及片層結構的陶瓷高分子胚體；對陶瓷高分子胚體進行碳化，利用高分子聚合物作為碳源原位反應生成片層狀的碳化物；對碳化完成的胚體進行加壓燒結，獲得仿生珍珠層MAX相碳化物陶瓷基復合材料，該復合材料為Ti₃AlC₂/TiC納米復合材料或Nb₂AlC/NbC納米復合材料；

該方法包括如下步驟：

（1）將納米或者微米片層狀的MAX相粉體、有機膠、分散劑添加進液體介質中，混合均勻形成料漿，混合方法為超聲波分散、機械攪拌或球磨混合；

（2）將混合后的料漿裝入模具中，將模具放入可造成梯度低溫的冷凍設備中進行定向凝固，冷凍溫度和溫度梯度由復合料漿的物理化學凝固特性決定；

（3）凝固完成后，將定向生長完的陶瓷高分子胚體放入干燥機進行干燥，干燥參數由液體介質的物理化學特性決定；

（4）將干燥完成后的胚體取出進行碳化工藝，碳化在真空爐內進行，碳化溫度400～600℃，氣氛10^-4Pa～10^-2Pa真空環境，碳化時間0.5～4小時；

（5）對碳化完成的胚體進行加壓燒結，燒結溫度由采用的原料粉體的粒度和MAX相的種類決定；

液體介質為水、叔丁醇或莰烯，有機膠為聚乙烯醇、聚乙二醇或羧甲基纖維素，分散劑為烷基芳基磺酸鈉、烷基酚聚乙烯醚或聚丙烯酸銨。

2.按照權利要求1所述的仿生珍珠層MAX相碳化物陶瓷基復合材料的制備方法，其特征在于，片層狀MAX粉體的規格尺寸為厚度0.02～10微米，寬度0.1～50微米，連續片層孔洞及片層結構的陶瓷高分子胚體的結構是：由高分子聚合物膠連的MAX粉體構成的定向片層狀骨架，MAX粉體片層間由液體介質晶體升華后留下的連續片層孔洞。

3.按照權利要求1所述的仿生珍珠層MAX相碳化物陶瓷基復合材料的制備方法，其特征在于，陶瓷基復合材料具有仿珍珠層材料的長程有序磚塊-灰泥結構，該結構中納米級或微米級的MAX相片層構成磚塊，在MAX相片層中間原位生長的碳化物層構成灰泥；其中，MAX相片層的規格尺寸為厚度0.02～10微米，寬度0.1～50微米；碳化物層的規格尺寸為厚度0.02～1微米，MAX相片層與碳化物層的重量比例為5～50：1。

4.按照權利要求1所述的仿生珍珠層MAX相碳化物陶瓷基復合材料的制備方法，其特征在于，按重量百分比計，原料中的MAX相粉體含量為30～60%、有機膠含量為2～10%、分散劑含量為0.5～5%、液體介質為余量。

5.按照權利要求1所述的仿生珍珠層MAX相碳化物陶瓷基復合材料的制備方法，其特征在于，加壓燒結為熱壓燒結法、熱等靜壓燒結法或放電等離子燒結法。

6.按照權利要求5所述的仿生珍珠層MAX相碳化物陶瓷基復合材料的制備方法，其特征在于，熱壓燒結法是直接將胚體裝入石墨模具，在石墨模具中熱壓燒結，燒結溫度500～2000℃，燒結壓力1～200MPa，保溫時間10～3600分鐘，升溫速率1～100℃/分鐘，燒結在真空或氬氣氣氛下進行。

7.按照權利要求5所述的仿生珍珠層MAX相碳化物陶瓷基復合材料的制備方法，其特征在于，熱等靜壓燒結法是直接將胚體裝入熱等靜壓包套中，然后將包套抽真空并密封；在包套中熱等靜壓燒結，燒結溫度500～2000℃，燒結壓力1～800MPa，保溫時間10～3600分鐘，升溫速率1～100℃/分鐘，燒結在真空或氬氣氣氛下進行。

8.按照權利要求5所述的仿生珍珠層MAX相碳化物陶瓷基復合材料的制備方法，其特征在于，放電等離子燒結法是直接將胚體裝入燒結模具中，在施加大的脈沖電流燒結，燒結溫度300～1800℃，燒結壓力1～400MPa，保溫時間5～600分鐘，升溫速率1～500℃/分鐘，燒結在真空或氬氣氣氛下進行。