專利名稱：一種碳化硼－硼化鋯復(fù)相陶瓷材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型碳化硼一硼化鋯復(fù)相陶瓷材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
碳化硼具有硬度高、質(zhì)量輕、耐磨損、耐腐蝕、耐高溫、吸收中子等優(yōu)良的性能，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、冶金、化工、核工業(yè)等領(lǐng)域。碳化硼是一種共價(jià)鍵化合物，具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，使得其在制備陶瓷過程中燒結(jié)非常困難。國(guó)內(nèi)、外通常采用的工藝都是在2200°C左右溫度下熱壓燒結(jié)的方法，制造成本高，不能應(yīng)用于異型和特殊產(chǎn)品的加工，限制了它的發(fā)展。以為代表的過渡金屬硼化物及其復(fù)合材料，具有優(yōu)異的物理性能，包括高熔點(diǎn)、高的熱導(dǎo)率、高的彈性模量，并能在高溫下保持很高的強(qiáng)度，同時(shí)還具有良好的抗熱震性和適中的熱膨脹率，成為高溫關(guān)鍵部位最有前途的候選材料。但是，單一的硼化物陶瓷無法同時(shí)滿足在超高溫下所要求的全部物理、化學(xué)和力學(xué)性能。所以，從材料設(shè)計(jì)角度選擇不同的材料進(jìn)行合理組合，是解決這一問題的唯一途徑。目前國(guó)內(nèi)外在碳化硼和硼化鋯陶瓷的復(fù)雜形狀制品研究方面都進(jìn)行了大量的工作，以求改進(jìn)碳化硼和硼化鋯陶瓷的燒結(jié)性能和加工性能，降低制造成本，擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域，適應(yīng)各行業(yè)發(fā)展對(duì)碳化硼的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是為了解決現(xiàn)有碳化硼陶瓷加工困難、制造成本高、 形狀簡(jiǎn)單的問題，提供一種適用于低成本加工的碳化硼一硼化鋯復(fù)相陶瓷的制備方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種碳化硼一硼化鋯復(fù)相陶瓷材料，是以碳化硼為基體，硼化鋯為增強(qiáng)相熱壓燒結(jié)而成；
制備方法具體步驟如下
(1)原料采用B4C粉末，加入量為60vol% 95vol%；
(2)增強(qiáng)體選用顆粒為增強(qiáng)體，加入量為5vol% 40vd%；
(3)溶劑選用無水乙醇或丙酮為溶劑；
(4)混料將上述原料、增強(qiáng)體和溶劑進(jìn)行濕混后再干燥；
(5)燒結(jié)在真空或惰性氣氛保護(hù)下，燒結(jié)溫度1900 2100°C，燒結(jié)壓力20 40MPa， 燒結(jié)時(shí)間20 60分鐘條件下熱壓燒結(jié)；
所述B4C粉末和顆粒二者的體積比之和滿足百分百。本發(fā)明的技術(shù)效果是與單組分碳化硼陶瓷相比，這種新型碳化硼一硼化鋯復(fù)相陶瓷的燒結(jié)溫度可降低100 200°C，燒結(jié)后的材料具有更高的彎曲強(qiáng)度和斷裂韌性，硬度無顯著下降，同時(shí)極大的改善了材料的加工性能，以利于碳化硼一硼化鋯復(fù)相陶瓷復(fù)雜形狀的加工，從而有效降低陶瓷材料的加工周期和成本，并可進(jìn)行復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的制備。


圖1為燒結(jié)過程溫度一時(shí)間曲線。圖2是碳化硼一硼化鋯復(fù)相陶瓷材料的表面掃描照片。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明采用碳化硼為基體，硼化鋯為增強(qiáng)相，在1900 2100°C，20 40MPa，20 60分鐘條件下進(jìn)行熱壓燒結(jié)。解決方案如下以平均粒徑小于10 μ m的碳化硼粉末為原料，加入平均粒徑小于 5 μ m的硼化鋯粉末為增強(qiáng)相。其中碳化硼顆粒的加入量為二者總體積的60vd% 95vd%， 硼化鋯粉末的加入量為二者總體積的5vd% 40vol%。采用濕法高能球磨混料，干燥后，于真空或惰性氣氛中燒結(jié)。燒結(jié)溫度1900 2100°C，燒結(jié)壓力20 40MPa，燒結(jié)時(shí)間20 60分鐘，可得到相對(duì)密度達(dá)98%以上的新型碳化硼一硼化鋯復(fù)相陶瓷材料。具體步驟如下
(1)原料采用B4C粉末，平均粒徑為0. 5 10 μ m，加入量為60vol% 95vol%。
(2)增強(qiáng)體選用顆粒為增強(qiáng)體，平均粒徑為0.5 5 μ m，加入量為5vol%
(3)溶劑選用無水乙醇或丙酮為溶劑。
(4)混料將上述原料、增強(qiáng)體和溶劑按所需比例進(jìn)行濕混，混合6 8小時(shí)后干
權(quán)利要求
1.一種碳化硼一硼化鋯復(fù)相陶瓷材料，其特征在于，它是以碳化硼為基體，硼化鋯為增強(qiáng)相熱壓燒結(jié)而成；制備方法具體步驟如下(1)原料采用B4C粉末，加入量為60vol% 95vol%；(2)增強(qiáng)體選用顆粒為增強(qiáng)體，加入量為5vol% 40vd%；(3)溶劑選用無水乙醇或丙酮為溶劑；(4)混料將上述原料、增強(qiáng)體和溶劑進(jìn)行濕混后再干燥；(5)燒結(jié)在真空或惰性氣氛保護(hù)下，燒結(jié)溫度1900 2100°C，燒結(jié)壓力20 40MPa， 燒結(jié)時(shí)間20 60分鐘條件下熱壓燒結(jié)；所述B4C粉末和顆粒二者的體積比之和滿足百分百。
2.碳化硼一硼化鋯復(fù)相陶瓷材料的制備方法，其特征在于，制備方法具體步驟如下(1)原料采用B4C粉末，加入量為60vol% 95vol%；(2)增強(qiáng)體選用顆粒為增強(qiáng)體，加入量為5vol% 40vd%；(3)溶劑選用無水乙醇或丙酮為溶劑；(4)混料將上述原料、增強(qiáng)體和溶劑進(jìn)行濕混后再干燥；(5)燒結(jié)在真空或惰性氣氛保護(hù)下，燒結(jié)溫度1900 2100°C，燒結(jié)壓力20 40MPa， 燒結(jié)時(shí)間20 60分鐘條件下熱壓燒結(jié)；所述B4C粉末和顆粒二者的體積比之和滿足百分百。
3.如權(quán)利要求2所述的碳化硼一硼化鋯復(fù)相陶瓷材料的制備方法，其特征在于，所述步驟4為混合6 8小時(shí)后干燥。
4.如權(quán)利要求2所述的碳化硼一硼化鋯復(fù)相陶瓷材料的制備方法，其特征在于，所述 B4C粉末平均粒徑小于10 μ m。
5.如權(quán)利要求2所述的碳化硼一硼化鋯復(fù)相陶瓷材料的制備方法，其特征在于，所述 ZrB2顆粒平均粒徑小于5 μ m。
6.如權(quán)利要求2所述的碳化硼一硼化鋯復(fù)相陶瓷材料的制備方法，其特征在于，所述 B4C粉末平均粒徑為0. 5 10 μ m。
7.如權(quán)利要求2所述的碳化硼一硼化鋯復(fù)相陶瓷材料的制備方法，其特征在于，所述 ZrB2顆粒平均粒徑為0. 5 5 μ m。
全文摘要
一種碳化硼－硼化鋯復(fù)相陶瓷材料及其制備方法，它是以碳化硼為基體，硼化鋯為增強(qiáng)相熱壓燒結(jié)而成。與單組分碳化硼陶瓷相比，這種新型碳化硼－硼化鋯復(fù)相陶瓷的燒結(jié)溫度可降低100～200℃，燒結(jié)后的材料具有更高的彎曲強(qiáng)度和斷裂韌性，硬度無顯著下降，同時(shí)極大的改善了材料的加工性能，以利于碳化硼－硼化鋯復(fù)相陶瓷復(fù)雜形狀的加工，從而有效降低陶瓷材料的加工周期和成本，并可進(jìn)行復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的制備。
文檔編號(hào)C04B35/563GK102515772SQ20111044524
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月28日
發(fā)明者張繼紅, 曹仲文, 韓文波 申請(qǐng)人:牡丹江金鋼鉆碳化硼有限公司