本發(fā)明涉及一種溶膠凝膠法引入超高溫第二相碳化鋯制備硅硼碳氮陶瓷基復(fù)合材料的方法，屬于硅硼碳氮陶瓷基復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

硅硼碳氮陶瓷材料本身的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)賦予其較高的熱穩(wěn)定性、抗高溫氧化、抗高溫蠕變等性能，加之其具有密度低、彈性模量低等優(yōu)點(diǎn)，是一種新型的多功能高溫防熱材料，用于航天器的機(jī)頭錐帽、機(jī)翼前緣、舵面、蓋板和噴管等。但是，在實(shí)際應(yīng)用中，其高溫性能還有進(jìn)一步提高的空間和需求。碳化鋯陶瓷具有高熔點(diǎn)，高強(qiáng)度、高硬度等優(yōu)點(diǎn)，但是其燒結(jié)性較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，進(jìn)而提供一種溶膠凝膠法引入超高溫第二相碳化鋯制備硅硼碳氮陶瓷基復(fù)合材料。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種溶膠凝膠法引入超高溫碳化鋯制備硅硼碳氮陶瓷基復(fù)合材料，以正丙醇鋯、糠醇、鹽酸、乙酰丙酮和乙醇為原料制成，其中，正丙醇鋯為氧化鋯的先驅(qū)體，正丙醇鋯與乙酰丙酮發(fā)生反應(yīng)生成凝膠，乙醇為溶劑，糠醇為碳的前驅(qū)體，鹽酸調(diào)節(jié)PH值和促進(jìn)溶膠凝膠反應(yīng)，溶膠凝膠引入碳化鋯所占硅硼碳氮的質(zhì)量比為5～20：100，所述的正丙醇鋯：糠醇：鹽酸摩爾比為1:2:1。所述的硅粉與六方氮化硼粉體的質(zhì)量比為1：0.1～1.2。

一種溶膠凝膠法引入超高溫第二相碳化鋯制備硅硼碳氮陶瓷基復(fù)合材料的方法，由以下步驟實(shí)現(xiàn)：

步驟一、碳化鋯前驅(qū)體溶液(溶膠凝膠)的制備：將正丙醇鋯、乙酰丙酮、糠醇和鹽酸加入到乙醇溶劑中，其中正丙醇鋯：糠醇：鹽酸：乙酰丙酮：乙醇的摩爾比為1:2:1:1:40，磁力攪拌40h～50h，制成碳化鋯前驅(qū)體溶液；

步驟二、將硅粉、石墨和六方氮化硼放入到球磨機(jī)中，球料比為20：1，球磨時(shí)間為45h～55h，得到硅硼碳氮陶瓷復(fù)合粉末；

所述硅粉與石墨的質(zhì)量比為1：0.1～1.5；所述硅粉與六方氮化硼粉體的質(zhì)量比為1：0.1～1.2；所述硅粉的純度為99.9％，粒徑為1μm～20μm；所述石墨的純度為99％，粒徑為1μm～20μm；所述六方氮化硼的純度為99％，粒徑為1μm～20μm；所述的磨球直徑為10mm；

步驟三、將步驟二得到的硅硼碳氮陶瓷復(fù)合粉末引入到步驟一得到的碳化鋯前驅(qū)體溶液中，繼續(xù)攪拌24h；然后在水浴鍋中進(jìn)行干燥，待乙醇完全揮發(fā)，置入干燥箱中，在溫度為90～110℃條件下干燥30min～200min，得到粉末前驅(qū)體；

步驟四、將步驟三得到的粉末前驅(qū)體在管式爐中500～600℃進(jìn)行裂解，升溫速度為5℃/min，保溫時(shí)間為2小時(shí)，得到粉末。

步驟五、將步驟四得到的粉末放在熱壓爐中進(jìn)行壓力燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1900℃，燒結(jié)時(shí)間為9min，燒結(jié)壓力為60MPa，燒結(jié)氣氛為氬氣，得到硅硼碳氮陶瓷基復(fù)合材料。

溶膠凝膠法通過(guò)碳熱/硼熱還原反應(yīng)引入高溫納米第二相，可以很好的解決高溫陶瓷的燒結(jié)性問(wèn)題，同時(shí)硅硼碳氮陶瓷基復(fù)合材料的高溫性能可以進(jìn)一步提高，得到綜合性能優(yōu)良的硅硼碳氮-碳化鋯系復(fù)相陶瓷。

本發(fā)明制備的硅硼碳氮陶瓷基復(fù)合材料經(jīng)測(cè)試，其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)如下：抗彎強(qiáng)度為236.0MPa～351.0MPa，彈性模量為253.0GPa～337.0GPa，斷裂韌性為2.9MPa·m^1/2～4.6MPa·m^1/2，斷裂過(guò)程中表現(xiàn)出穿晶斷裂行為。此外，硅硼碳氮陶瓷基復(fù)合材料的抗氧化性能和耐燒蝕性能均有一定程度的提高。

本發(fā)明的硅硼碳氮陶瓷基復(fù)合材料制備中所用原料易得價(jià)廉，工藝簡(jiǎn)單，得到的硅硼碳氮陶瓷基復(fù)合材料綜合性能好，適于制造航天防熱用核心零部件。

附圖說(shuō)明

圖1為硅硼碳氮-碳化鋯在熱壓燒結(jié)爐中1900℃燒結(jié)60分鐘，壓力60MPa的XRD圖譜。

圖2為硅硼碳氮-碳化鋯在熱壓燒結(jié)爐中1900℃燒結(jié)60分鐘，壓力60MPa的斷口形貌照片。

圖3為硅硼碳氮-碳化鋯在熱壓燒結(jié)爐中1900℃燒結(jié)60分鐘，壓力60MPa的明場(chǎng)像TEM圖像。

具體實(shí)施方式

下面將對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明：本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述實(shí)施例。

本實(shí)施例所涉及的一種溶膠凝膠法引入超高溫高溫第二相碳化鋯制備硅硼碳氮陶瓷基復(fù)合材料，以正丙醇鋯、糠醇、鹽酸、乙酰丙酮和乙醇為原料制成，其中，正丙醇鋯為氧化鋯的先驅(qū)體，正丙醇鋯與乙酰丙酮發(fā)生反應(yīng)生成凝膠，乙醇為溶劑，糠醇為碳的前驅(qū)體，鹽酸調(diào)節(jié)PH值和促進(jìn)溶膠凝膠反應(yīng)，溶膠凝膠引入第二相所占硅硼碳氮的質(zhì)量比為5～20：100，所述的正丙醇鋯：糠醇：鹽酸：乙酰丙酮：乙醇摩爾比為1:2:1:1:40。所述的硅粉與六方氮化硼粉體的質(zhì)量比為1：0.1～1.2。

所述的硅粉純度為99％～99.9％，粒徑為1μm～20μm；所述的石墨純度為99％～99.9％，粒徑為1μm～20μm；所述的六方氮化硼粉體純度為99％～99.9％，粒徑為1μm～20μm。

溶膠凝膠引入碳化鋯所占硅硼碳氮的質(zhì)量比為15：100。

一種溶膠凝膠法引入碳化鋯制備硅硼碳氮陶瓷基復(fù)合材料的方法，步驟如下：

步驟一、碳化鋯前驅(qū)體溶液(溶膠凝膠)的制備：將正丙醇鋯、乙酰丙酮、糠醇和鹽酸加入到乙醇溶劑中，其中正丙醇鋯：糠醇：鹽酸的摩爾比為1:2:1，磁力攪拌40h～50h，制成碳化鋯前驅(qū)體溶液；

步驟二、將硅粉、石墨和六方氮化硼放入到球磨機(jī)中，球料比為20：1，球磨時(shí)間為45h～55h，得到硅硼碳氮陶瓷非晶粉末；

所述硅粉與石墨的質(zhì)量比為1：(0.1～1.5)；所述硅粉與六方氮化硼粉體的質(zhì)量比為1：(0.1～1.2)；所述硅粉的純度為99.9％，粒徑為1μm～20μm；所述石墨的純度為99％，粒徑為1μm～20μm；所述六方氮化硼的純度為99％，粒徑為1μm～20μm；所述的磨球直徑為10mm；

步驟三、將步驟二得到的硅硼碳氮陶瓷復(fù)合粉末引入到步驟一得到的碳化鋯前驅(qū)體溶液中，繼續(xù)攪拌24h；為了保證試樣的均勻，在水浴鍋中進(jìn)行干燥。待乙醇完全揮發(fā)，置入干燥箱中，在溫度為90～110℃條件下干燥30min～200min，得到粉末前驅(qū)體。

步驟四、將步驟三得到的粉末前驅(qū)體在管式爐中500～600℃進(jìn)行裂解。升溫速度為5℃/min，保溫時(shí)間為2小時(shí)，得到粉末。

步驟五、將步驟四得到的粉末放在熱壓爐中進(jìn)行壓力燒結(jié)。燒結(jié)溫度為1900℃，燒結(jié)時(shí)間為60min，燒結(jié)壓力為60MPa，燒結(jié)氣氛為氬氣。得到硅硼碳氮陶瓷基復(fù)合材料。

所述步驟一中，磁力攪拌時(shí)間為48h。

所述步驟二中，球磨時(shí)間為50h。

所述步驟三中，在溫度為100℃條件下干燥150min。

所述步驟四中，粉末前驅(qū)體在管式爐中550℃進(jìn)行裂解。

所述步驟五中，燒結(jié)溫度為1900℃，燒結(jié)時(shí)間為60min，燒結(jié)壓力為60MPa。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，這些具體實(shí)施方式都是基于本發(fā)明整體構(gòu)思下的不同實(shí)現(xiàn)方式，而且本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書(shū)的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。