一种碳化物基陶瓷材料及其制备工艺制造技术

本发明专利技术提供一种碳化物基陶瓷材料，涉及陶瓷制备技术领域，主要包括以下原料，由重量份数计：碳化硅40‑50份、碳化钛5‑15份、碳化钼3‑9份、碳化钨0.5‑11份、碳化钒0.1‑0.5份、碳化铪0.1‑0.5份、三氧化二铝3‑10份、氮化硼2‑6份、锆酸镁2‑8份、石蜡11‑15份、氧化铈0.3‑1.1份、氧化钾3‑7份、聚乙二醇5‑15份和1.5‑3份添加剂。本发明专利技术制得的碳化物基陶瓷材料具有很高的硬度和良好的化学稳定性，并解决了现有碳化物基陶瓷脆性大的问题；本发明专利技术提供的制备工艺简单，通过常压烧结即可得到高致密度的陶瓷材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于陶瓷制备
，具体地说是涉及一种碳化物基陶瓷材料及其制备工艺。
技术介绍
碳化物陶瓷作为耐热材料和超硬工具，在石油、化工、微电子、汽车、航天、航空、造纸、激光、矿业及原子能等工业领域获得了广泛的应用。碳化物不仅具有优良的常温力学性能，如高的抗弯强度、优良的抗氧化性、良好的耐腐蚀性、高的抗磨损以及低的摩擦系数，也是一种耐高温的材料。其中很多碳化物软化点都在3000℃以上。大多数碳化物都比碳和石墨具有较强的抗氧化能力。很多碳化物有很高的硬度和良好的化学稳定性。但碳化物的脆性一般较大，抗断裂韧性差，而且碳化物陶瓷具有共价键结构，很难烧结。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种碳化物基陶瓷材料及其制备工艺。以改善现有碳化物基陶瓷脆性大、难烧结的问题。为达到上述目的，本专利技术所采取的技术方案为：一种碳化物基陶瓷材料，主要包括以下原料，由重量份数计：碳化硅40-50份、碳化钛5-15份、碳化钼3-9份、碳化钨0.5-11份、碳化钒0.1-0.5份、碳化铪0.1-0.5份、三氧化二铝3-10份、氮化硼2-6份、锆酸镁2-8份、石蜡11-15份、氧化铈0.3-1.1份、氧化钾3-7份、聚乙二醇5-15份和1.5-3份添加剂。优选地，在本专利技术的较佳实施例中，所述添加剂为石墨和硼，所述石墨和硼的重量比为1-3:1；以石墨和硼作为添加剂在碳化物制品烧结致密化过程中有显著的作用，硼可改善碳化物晶粒的边缘性质，而石墨则抑制了晶粒的过分生长，同时添加碳化钼和硼，烧结体的致密度可达理论值的99％，无开口气孔，晶粒尺寸适中。优选地，在本专利技术的较佳实施例中，所述碳化硅、所述碳化钛、所述碳化钼的粒径为0.2-0.6微米，纯度为95-99.99％；热压烧结需要在20MPa以上的压力下进行烧结，工艺要求复杂，成本更高；采用亚微米级的高纯超细粉料，通过常压烧结，同样可以得到致密度高达99％的碳化物基陶瓷制品。本专利技术还提供了一种碳化物基陶瓷材料及其制备工艺，包括以下步骤：(1)按重量比称取40-50份碳化硅、5-15份碳化钛、3-9份碳化钼、0.5-11份碳化钨、0.1-0.5份碳化钒、0.1-0.5份碳化铪、3-10份三氧化二铝、2-6份氮化硼、2-8份锆酸镁、11-15份石蜡、0.3-1.1份氧化铈、3-7份氧化钾加入混料机，然后加入适量无水乙醇，1000-1200r/min高速混合50-150min,得原料混合物；(2)将所述原料混合物、所述添加剂和所述聚乙二醇加入球磨机中，以20-30r/min速度球磨搅拌12-16h,得混合浆料；(3)将所述混合浆料经真空干燥，并在氮气流中过200-400目筛，得到粉料；(4)将所述粉料置于石墨模具中，在1950-2100℃的保护气体氛围中，以常压烧结成型，得到碳化物基陶瓷材料。优选地，在本专利技术的较佳实施例中，所述保护气体为氮气或惰性气体；在原料的合成和陶瓷烧结时，易生成氧化物，所以必须在真空或保护气体中进行。优选地，在本专利技术的较佳实施例中，所述烧结温度以10-50℃/min的速度升温至1950℃-2100℃。本专利技术的有益效果：本专利技术采用碳化硅、碳化钛、碳化钼、碳化钨、碳化钒、碳化铪等制得的碳化物基陶瓷材料有很高的硬度和良好的化学稳定性，并通过添加氮化硼、锆酸镁等原料和合理的烧结工艺，解决了现有碳化物基陶瓷脆性大、难烧结的问题。以石墨和硼作为添加剂在碳化物制品烧结致密化过程中有显著的作用，硼可改善碳化物晶粒的边缘性质，而石墨则抑制了晶粒的过分生长，同时添加碳化钼和硼，烧结体的致密度可达理论值的99％，无开口气孔，晶粒尺寸适中。非氧化物键是极性很强的共价键，所以比氧化物陶瓷难烧结，采用亚微米级的高纯超细粉料，通过常压烧结，简化烧结工艺，同样可以得到致密度高达99％的碳化物基陶瓷制品。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术所述技术方案作进一步的说明。实施例1：一种碳化物基陶瓷材料，主要包括以下原料，由重量份数计：碳化硅40份、碳化钛5份、碳化钼3份、碳化钨0.5份、碳化钒0.1份、碳化铪0.1份、三氧化二铝3份、氮化硼2份、锆酸镁2份、石蜡11份、氧化铈0.3份、氧化钾3份、聚乙二醇5份、0.75份石墨和0.75份硼。碳化硅、碳化钛和碳化钼的粒径为0.2微米，纯度为95％。本实施例还提供了一种碳化物基陶瓷材料及其制备工艺，包括以下步骤：(1)按重量比称取40份碳化硅、5份碳化钛、3份碳化钼、0.5份碳化钨、0.1份碳化钒、0.1份碳化铪、3份三氧化二铝、2份氮化硼、2份锆酸镁、11份石蜡、0.3份氧化铈、3份氧化钾加入混料机，然后加入适量无水乙醇，1000r/min高速混合50min,得原料混合物；(2)将原料混合物、0.75份石墨、0.75份硼和5份聚乙二醇加入球磨机中，以20r/min速度球磨搅拌12h,得混合浆料；(3)将混合浆料经真空干燥，并在氮气流中过200目筛，得到粉料；(4)将粉料置于石墨模具中，以10℃/min的速度升温至1950℃，在氩气氛围中，以常压烧结成型，得到碳化物基陶瓷材料。实施例2：一种碳化物基陶瓷材料，主要包括以下原料，由重量份数计：碳化硅50份、碳化钛15份、碳化钼9份、碳化钨11份、碳化钒0.5份、碳化铪0.5份、三氧化二铝10份、氮化硼6份、锆酸镁8份、石蜡15份、氧化铈1.1份、氧化钾7份、聚乙二醇15份、2.25份石墨和0.75份硼。碳化硅、碳化钛和碳化钼的粒径为0.6微米，纯度为99.99％。本实施例还提供了一种碳化物基陶瓷材料及其制备工艺，包括以下步骤：(1)按重量比称取50份碳化硅、15份碳化钛、9份碳化钼、11份碳化钨、0.5份碳化钒、0.5份碳化铪、10份三氧化二铝、6份氮化硼、8份锆酸镁、15份石蜡、1.1份氧化铈、7份氧化钾加入混料机，然后加入适量无水乙醇，1200r/min高速混合150min,得原料混合物；(2)将原料混合物、2.25份石墨、0.75份硼和15份聚乙二醇加入球磨机中，以30r/min速度球磨搅拌16h,得混合浆料；(3)将混合浆料经真空干燥，并在氮气流中过400目筛，得到粉料；(4)将粉料置于石墨模具中，以50℃/min的速度升温至2100℃，在氩气氛围中，以常压烧结成型，得到碳化物基陶瓷材料。实施例3：一种碳化物基陶瓷材料，主要包括以下原料，由重量份数计：碳化硅45份、碳化钛10份、碳化钼6份、碳化钨5.7份、碳化钒0.3份、碳化铪0.3份、三氧化二铝6.5份、氮化硼4份、锆酸镁5份、石蜡13份、氧化铈0.7份、氧化钾5份、聚乙二醇10份、1.5份石墨和0.75份硼。碳化硅、碳化钛和碳化钼的粒径为0.4微米，纯度为97.5％。本实施例还提供了一种碳化物基陶瓷材料及其制备工艺，包括以下步骤：(1)按重量比称取45份碳化硅、10份碳化钛、6份碳化钼、5.7份碳化钨、0.3份碳化钒、0.3份碳化铪、6.5份三氧化二铝、4份氮化硼5份锆酸镁、13份石蜡、0.7份氧化铈、5份氧化钾加入混料机，然后加入适量无水乙醇，1100r/min高速混合100min,得原料混合物；(2)将原料混合物、1.5份石墨、0.75份硼和5-15份聚乙二醇加入球磨机中，以25r/min速度球磨搅拌14h,得混合浆料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳化物基陶瓷材料，其特征在于，主要包括以下原料，由重量份数计：碳化硅40‑50份、碳化钛5‑15份、碳化钼3‑9份、碳化钨0.5‑11份、碳化钒0.1‑0.5份、碳化铪0.1‑0.5份、三氧化二铝3‑10份、氮化硼2‑6份、锆酸镁2‑8份、石蜡11‑15份、氧化铈0.3‑1.1份、氧化钾3‑7份、聚乙二醇5‑15份和1.5‑3份添加剂。

【技术特征摘要】
1.一种碳化物基陶瓷材料，其特征在于，主要包括以下原料，由重量份数计：碳化硅40-50份、碳化钛5-15份、碳化钼3-9份、碳化钨0.5-11份、碳化钒0.1-0.5份、碳化铪0.1-0.5份、三氧化二铝3-10份、氮化硼2-6份、锆酸镁2-8份、石蜡11-15份、氧化铈0.3-1.1份、氧化钾3-7份、聚乙二醇5-15份和1.5-3份添加剂。2.根据权利要求1所述的碳化物基陶瓷材料，其特征在于，所述添加剂为石墨和硼，所述石墨和硼的重量比为1-3:1。3.根据权利要求1所述的碳化物基陶瓷材料，其特征在于：所述碳化硅、所述碳化钛、所述碳化钼的粒径为0.2-0.6微米，纯度为95-99.99％。4.一种如权利要求1-3任一项所述的碳化物基陶瓷材料及其制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：(1)按重量比称取40-50份碳化硅、5-15份碳化钛、3-9份碳化钼、0.5-11份碳化钨、0.1-0...

【专利技术属性】
技术研发人员：张焕明，
申请(专利权)人：佛山蓝途科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44