[發明專利]一種高性能碳化硼研磨介質、制備方法及其應用

在審

• 申請號: 202010095777.6
• 申請日: 2020-02-17
• 公開（公告）號: CN111348916A
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 李欣;楊建紅;喬佳
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C04B35/563
• 分類號: C04B35/563;C04B35/622;C04B35/64;C09K3/14;B02C23/00;C04B35/626
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種高性能碳化硼研磨介質、制備方法及其應用，屬于材料合成技術領域。本發明具體的制備工藝如下：將碳化硼原料、碳系添加劑和結合劑濕混至均勻，干燥后過篩造球成微粒，將微粒置于特制模具中壓制成坯，并在真空條件下梯度升溫進行多段無壓燒結，經整形后即得高性能的碳化硼研磨介質。所制備的研磨介質是專門適用于生產碳化硼亞微米超細陶瓷粉體(D500.8μm)，具有高致密、高硬度、耐磨損和研磨效率高等特性。此外，本發明工藝流程簡單，制備成本較低，易于工業大規模生產。

技術領域

本發明涉及特種陶瓷材料制備技術領域，具體涉及一種高性能碳化硼研磨介質的制備工藝。

背景技術

碳化硼(B₄C)是一種重要的特種陶瓷材料，莫氏硬度9.36，僅次于金剛石和立方氮化硼；理論密度僅為2.52g/cm³，中子吸收截面高達347×10^-24cm²，熔點2450℃；具有高硬度、低密度、優良的熱中子吸收性能、高熔點、化學性質穩定和耐高溫等優良特性，因此被廣泛用作高端軍工防彈裝甲材料、核工業屏蔽和控制材料、高級研磨材料、工程陶瓷材料以及高級耐火材料等，其中高端軍工防彈裝甲和核屏蔽材料等領域均要求B₄C陶瓷具有較高的致密度和力學性能。

B₄C共價鍵含量較高，高達93％以上，晶界移動阻力大，燒結致密化非常困難，以普通微米級B₄C粉體為原料，采用無壓燒結所得陶瓷致密度低且強度和韌性都偏低。研究表明，降低B₄C原料粒度可大幅度提高陶瓷的致密度和強度，其中采用B₄C亞微米超細粉體原料是制備高致密B₄C陶瓷的關鍵。

B₄C硬度較高，僅次于金剛石和立方氮化硼，強度較大，其亞微米超細粉體的加工成為當今的技術難題。目前B₄C破碎的主流方法為高能球磨法、氣流粉碎法。高能球磨法可實現亞微米級的細度，但能耗高、易引入大量Fe、O等雜質，需進行后續酸洗和分選工藝，工藝冗長復雜，成本較高；氣流粉碎法帶入雜質少，但存在著產率低、能耗高、成本高和原料利用率偏低等不足。

砂磨破碎法是近年新興的B₄C超細粉碎新工藝，具有粉碎效率高、不引入有害雜質、無需后續酸洗工藝等優點，相對于傳統的高能球磨和氣流破碎法具有明顯優勢。而目前限制砂磨破碎法在B₄C亞微米超細粉體制備上大規模應用的主要因素在于研磨介質的選擇，現有的研磨介質主要有B₄C結晶塊及陶瓷球兩種，其中2～10mm的B₄C結晶塊是工業電弧爐冶煉所得B₄C結晶大塊經破碎、整形、分級而得，制備方法簡單、成本較低，但其硬度低、耐磨性差、使用壽命短且雜質含量高，仍需后續酸洗提純工藝。B₄C陶瓷球的制備方法比較復雜，和陶瓷制備過程類似，需粉體成型、脫脂、燒結，還需后續粗磨和精拋等工序，制造成本比較昂貴。B₄C陶瓷球具有雜質含量低、硬度高等優點，但由于B₄C陶瓷球與物料是點接觸，剪切面積小，因此研磨效率較低、研磨效果差、損耗量大。

因此，針對目前B₄C亞微米超細陶瓷粉體不斷增加的需求量和現有研磨介質存在的不足之處，研發一種低成本可批量生產，且適用于生產D500.8μm的B₄C亞微米超細陶瓷粉體的高性能研磨介質的制備方法，提高研磨效率，改善研磨效果是目前B₄C粉體破碎領域亟待解決的技術問題。

發明內容

本發明針對目前砂磨破碎法制備B₄C亞微米超細陶瓷粉體中所用研磨介質強度低、損耗快或研磨效率低、研磨效果差、成本高等不足，提出一種低成本、高性能碳化硼研磨介質、制備方法及其應用。

本發明是通過以下技術手段實現上述技術目的的。