[發明專利]一種致密碳化硼材料的制備方法及應用

有效

• 申請號: 202010822738.1
• 申請日: 2020-08-10
• 公開（公告）號: CN111960825B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發明（設計）人: 李春松;唐潔凈
• 申請（專利權）人: 寧波普萊斯帝金屬制品有限公司
• 主分類號: C04B35/563
• 分類號: C04B35/563;C04B35/622;C04B35/632;F41H1/02
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一種致密碳化硼材料的制備方法，包括如下步驟：將碳化硼微粉加入到含有表面活性劑的乙二醇溶液中，超聲分散均勻，加入石墨，進行球磨；將得到的球磨產物真空干燥后，置于馬弗爐中真空加熱，得到石墨負載的B4C顆粒；將得到的石墨負載的B4C顆粒與硼粉混合，球磨，壓片，真空加熱，通入惰性氣體冷卻至室溫，得到致密的碳化硼材料。該材料具有較高的密度和彎曲強度。

技術領域

本發明涉及陶瓷材料領域，特別涉及一種致密的碳化硼材料。

背景技術

碳化硼具有熔點高、硬度高(僅次于金剛石和氮化硼)、彈性模量高、密度小、熱穩定性好、熱中子吸收橫截面高等優點，是一種性能優良的特種陶瓷硬質材料。碳化硼具有許多獨特的性質，是很多工程應用領域中的重要候選材料，并在耐火材料、研磨介質、耐磨涂層、反應堆控制棒和屏蔽棒、輕質盔甲、防彈材料等諸多領域都得到了廣泛應用。由于碳化硼硬度高，其對于動能彈和彈藥碎片的防御能力很強，而且碳化硼質量較輕，是制備防彈衣、防護裝甲的理想材料，并得到了廣泛的關注。然而，B4C的燒結機制為體擴散和晶界擴散，晶界移動阻力較大，難以燒結致密，影響了其在防彈領域的應用。

發明內容

本發明涉及一種碳化硼材料的致密化方法，在B₄C顆粒表面負載石墨，通過石墨與硼源反應在B₄C顆粒間生成B₁₀C，從而使碳化硼材料致密化，提高材料密度和彎曲強度。

一種碳化硼材料的致密化方法，包括如下步驟：

(1)將碳化硼微粉加入到含有表面活性劑的乙二醇溶液中，超聲分散均勻，加入石墨，進行球磨；

(2)將步驟(1)得到的球磨產物真空干燥后，置于馬弗爐中真空加熱，得到石墨負載的B₄C顆粒；

(3)將步驟(2)得到的石墨負載的B₄C顆粒與硼粉混合，球磨，壓片，真空加熱，通入惰性氣體冷卻至室溫，得到致密的碳化硼材料。

步驟(1)中，所述表面活性劑為硬脂酸鈉、檸檬酸鈉或其組合，表面活性劑質量為碳化硼微粉質量的0.3-1％。

步驟(1)中，球磨轉速為100-300r/min，球磨時間為1-2h，碳化硼微粉和石墨粉的質量比為1∶0.05-0.2。

步驟(2)中，真空加熱溫度為1000-1200℃，升溫速率每分鐘2-7℃/min，保溫時間為3-6h，得到石墨負載的B₄C顆粒。

步驟(3)中，硼粉與石墨的摩爾比為9.5-10.5。

步驟(3)中，真空加熱溫度為1600-2000℃，加熱時間為4-7h。

所述致密的碳化硼材料在防彈衣材料中的應用。

有益效果：

石墨吸附性較強，通過表面活性劑降低B₄C顆粒的比表面能，從而避免B₄C顆粒外層形成完整的包覆層，使石墨以負載的形式分散結合在B₄C顆粒的表面，在燒結過程中負載有石墨的部分形成高活性的反應位點，并在真空加熱過程中與硼粉反應生成B₁₀C，并且由于石墨的分散負載，反應生成的B₁₀C釘扎于晶界，表面擴散得到抑制，晶粒難以長大，促進了顆粒間的晶界擴散，使材料致密化程度提高，進而導致彎曲強度提高，有利于其在防彈衣材料中的應用。

具體實施方式

采用排水法測定復合材料的密度；

采用三點彎曲實驗評價試樣的彎曲強度。

碳化硼微粉的平均粒徑為15微米，石墨的平均粒徑為1-3微米。

實施例1