本發(fā)明屬于陶瓷制備
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體地說是涉及一種碳化物基陶瓷材料及其制備工藝。
背景技術(shù)：
：碳化物陶瓷作為耐熱材料和超硬工具，在石油、化工、微電子、汽車、航天、航空、造紙、激光、礦業(yè)及原子能等工業(yè)領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。碳化物不僅具有優(yōu)良的常溫力學(xué)性能，如高的抗彎強度、優(yōu)良的抗氧化性、良好的耐腐蝕性、高的抗磨損以及低的摩擦系數(shù)，也是一種耐高溫的材料。其中很多碳化物軟化點都在3000℃以上。大多數(shù)碳化物都比碳和石墨具有較強的抗氧化能力。很多碳化物有很高的硬度和良好的化學(xué)穩(wěn)定性。但碳化物的脆性一般較大，抗斷裂韌性差，而且碳化物陶瓷具有共價鍵結(jié)構(gòu)，很難燒結(jié)。技術(shù)實現(xiàn)要素：有鑒于此，本發(fā)明提供了一種碳化物基陶瓷材料及其制備工藝。以改善現(xiàn)有碳化物基陶瓷脆性大、難燒結(jié)的問題。為達到上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案為：一種碳化物基陶瓷材料，主要包括以下原料，由重量份數(shù)計：碳化硅40-50份、碳化鈦5-15份、碳化鉬3-9份、碳化鎢0.5-11份、碳化釩0.1-0.5份、碳化鉿0.1-0.5份、三氧化二鋁3-10份、氮化硼2-6份、鋯酸鎂2-8份、石蠟11-15份、氧化鈰0.3-1.1份、氧化鉀3-7份、聚乙二醇5-15份和1.5-3份添加劑。優(yōu)選地，在本發(fā)明的較佳實施例中，所述添加劑為石墨和硼，所述石墨和硼的重量比為1-3:1；以石墨和硼作為添加劑在碳化物制品燒結(jié)致密化過程中有顯著的作用，硼可改善碳化物晶粒的邊緣性質(zhì)，而石墨則抑制了晶粒的過分生長，同時添加碳化鉬和硼，燒結(jié)體的致密度可達理論值的99％，無開口氣孔，晶粒尺寸適中。優(yōu)選地，在本發(fā)明的較佳實施例中，所述碳化硅、所述碳化鈦、所述碳化鉬的粒徑為0.2-0.6微米，純度為95-99.99％；熱壓燒結(jié)需要在20MPa以上的壓力下進行燒結(jié)，工藝要求復(fù)雜，成本更高；采用亞微米級的高純超細粉料，通過常壓燒結(jié)，同樣可以得到致密度高達99％的碳化物基陶瓷制品。本發(fā)明還提供了一種碳化物基陶瓷材料及其制備工藝，包括以下步驟：(1)按重量比稱取40-50份碳化硅、5-15份碳化鈦、3-9份碳化鉬、0.5-11份碳化鎢、0.1-0.5份碳化釩、0.1-0.5份碳化鉿、3-10份三氧化二鋁、2-6份氮化硼、2-8份鋯酸鎂、11-15份石蠟、0.3-1.1份氧化鈰、3-7份氧化鉀加入混料機，然后加入適量無水乙醇，1000-1200r/min高速混合50-150min,得原料混合物；(2)將所述原料混合物、所述添加劑和所述聚乙二醇加入球磨機中，以20-30r/min速度球磨攪拌12-16h,得混合漿料；(3)將所述混合漿料經(jīng)真空干燥，并在氮氣流中過200-400目篩，得到粉料；(4)將所述粉料置于石墨模具中，在1950-2100℃的保護氣體氛圍中，以常壓燒結(jié)成型，得到碳化物基陶瓷材料。優(yōu)選地，在本發(fā)明的較佳實施例中，所述保護氣體為氮氣或惰性氣體；在原料的合成和陶瓷燒結(jié)時，易生成氧化物，所以必須在真空或保護氣體中進行。優(yōu)選地，在本發(fā)明的較佳實施例中，所述燒結(jié)溫度以10-50℃/min的速度升溫至1950℃-2100℃。本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明采用碳化硅、碳化鈦、碳化鉬、碳化鎢、碳化釩、碳化鉿等制得的碳化物基陶瓷材料有很高的硬度和良好的化學(xué)穩(wěn)定性，并通過添加氮化硼、鋯酸鎂等原料和合理的燒結(jié)工藝，解決了現(xiàn)有碳化物基陶瓷脆性大、難燒結(jié)的問題。以石墨和硼作為添加劑在碳化物制品燒結(jié)致密化過程中有顯著的作用，硼可改善碳化物晶粒的邊緣性質(zhì)，而石墨則抑制了晶粒的過分生長，同時添加碳化鉬和硼，燒結(jié)體的致密度可達理論值的99％，無開口氣孔，晶粒尺寸適中。非氧化物鍵是極性很強的共價鍵，所以比氧化物陶瓷難燒結(jié)，采用亞微米級的高純超細粉料，通過常壓燒結(jié)，簡化燒結(jié)工藝，同樣可以得到致密度高達99％的碳化物基陶瓷制品。具體實施方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明所述技術(shù)方案作進一步的說明。實施例1：一種碳化物基陶瓷材料，主要包括以下原料，由重量份數(shù)計：碳化硅40份、碳化鈦5份、碳化鉬3份、碳化鎢0.5份、碳化釩0.1份、碳化鉿0.1份、三氧化二鋁3份、氮化硼2份、鋯酸鎂2份、石蠟11份、氧化鈰0.3份、氧化鉀3份、聚乙二醇5份、0.75份石墨和0.75份硼。碳化硅、碳化鈦和碳化鉬的粒徑為0.2微米，純度為95％。本實施例還提供了一種碳化物基陶瓷材料及其制備工藝，包括以下步驟：(1)按重量比稱取40份碳化硅、5份碳化鈦、3份碳化鉬、0.5份碳化鎢、0.1份碳化釩、0.1份碳化鉿、3份三氧化二鋁、2份氮化硼、2份鋯酸鎂、11份石蠟、0.3份氧化鈰、3份氧化鉀加入混料機，然后加入適量無水乙醇，1000r/min高速混合50min,得原料混合物；(2)將原料混合物、0.75份石墨、0.75份硼和5份聚乙二醇加入球磨機中，以20r/min速度球磨攪拌12h,得混合漿料；(3)將混合漿料經(jīng)真空干燥，并在氮氣流中過200目篩，得到粉料；(4)將粉料置于石墨模具中，以10℃/min的速度升溫至1950℃，在氬氣氛圍中，以常壓燒結(jié)成型，得到碳化物基陶瓷材料。實施例2：一種碳化物基陶瓷材料，主要包括以下原料，由重量份數(shù)計：碳化硅50份、碳化鈦15份、碳化鉬9份、碳化鎢11份、碳化釩0.5份、碳化鉿0.5份、三氧化二鋁10份、氮化硼6份、鋯酸鎂8份、石蠟15份、氧化鈰1.1份、氧化鉀7份、聚乙二醇15份、2.25份石墨和0.75份硼。碳化硅、碳化鈦和碳化鉬的粒徑為0.6微米，純度為99.99％。本實施例還提供了一種碳化物基陶瓷材料及其制備工藝，包括以下步驟：(1)按重量比稱取50份碳化硅、15份碳化鈦、9份碳化鉬、11份碳化鎢、0.5份碳化釩、0.5份碳化鉿、10份三氧化二鋁、6份氮化硼、8份鋯酸鎂、15份石蠟、1.1份氧化鈰、7份氧化鉀加入混料機，然后加入適量無水乙醇，1200r/min高速混合150min,得原料混合物；(2)將原料混合物、2.25份石墨、0.75份硼和15份聚乙二醇加入球磨機中，以30r/min速度球磨攪拌16h,得混合漿料；(3)將混合漿料經(jīng)真空干燥，并在氮氣流中過400目篩，得到粉料；(4)將粉料置于石墨模具中，以50℃/min的速度升溫至2100℃，在氬氣氛圍中，以常壓燒結(jié)成型，得到碳化物基陶瓷材料。實施例3：一種碳化物基陶瓷材料，主要包括以下原料，由重量份數(shù)計：碳化硅45份、碳化鈦10份、碳化鉬6份、碳化鎢5.7份、碳化釩0.3份、碳化鉿0.3份、三氧化二鋁6.5份、氮化硼4份、鋯酸鎂5份、石蠟13份、氧化鈰0.7份、氧化鉀5份、聚乙二醇10份、1.5份石墨和0.75份硼。碳化硅、碳化鈦和碳化鉬的粒徑為0.4微米，純度為97.5％。本實施例還提供了一種碳化物基陶瓷材料及其制備工藝，包括以下步驟：(1)按重量比稱取45份碳化硅、10份碳化鈦、6份碳化鉬、5.7份碳化鎢、0.3份碳化釩、0.3份碳化鉿、6.5份三氧化二鋁、4份氮化硼5份鋯酸鎂、13份石蠟、0.7份氧化鈰、5份氧化鉀加入混料機，然后加入適量無水乙醇，1100r/min高速混合100min,得原料混合物；(2)將原料混合物、1.5份石墨、0.75份硼和5-15份聚乙二醇加入球磨機中，以25r/min速度球磨攪拌14h,得混合漿料；(3)將混合漿料經(jīng)真空干燥，并在氮氣流中過300目篩，得到粉料；(4)將粉料置于石墨模具中，以30℃/min的速度升溫至2000℃，在氬氣氛圍中，以常壓燒結(jié)成型，得到碳化物基陶瓷材料。采用壓痕法和3點彎曲法測定其斷裂韌性和抗彎強度，測試結(jié)果如表1所示。表1：實施例1-3性能測試結(jié)果實施例斷裂韌性MPa.m1/2抗彎強度MPa實施例18.95841實施例29.05834實施例39.12852試驗結(jié)果表明，采用本發(fā)明制作的碳化物基陶瓷材料韌性強，抗彎強度大。當(dāng)前第1頁1 2 3