一种原位反应制备的硅硼碳氮锆复相陶瓷及其方法技术

本发明专利技术提供了一种原位反应制备的硅硼碳氮锆复相陶瓷及其方法。本发明专利技术溶胶凝胶液体以正丙醇锆，乙酰丙酮，无水乙醇为原料。其中，正丙醇锆为氧化锆的先驱体，正丙醇锆与乙酰丙酮会发生凝胶反应，无水乙醇为溶剂；硅粉、石墨和六方氮化硼为硅硼碳氮陶瓷复合粉末的原料。方法：将正丙醇锆和乙酰丙酮在无水乙醇溶液中磁力搅拌48小时候，形成凝胶溶液，然后将硅硼碳氮陶瓷复合粉末按照比例与凝胶溶液混合，磁力搅拌48小时后烘干，在管式炉中550℃条件下裂解3小时，得到硅硼碳氮‑氧化锆陶瓷复合材料。将粉末在放电等离子中2000℃加压烧结，进行原位反应。其中氧化锆与非晶氮化硼相发生碳热/硼热还原反应，生成超高温相硼化锆。

【技术实现步骤摘要】
一种原位反应制备的硅硼碳氮锆复相陶瓷及其方法
本专利技术涉及一种原位反应制备的硅硼碳氮锆复相陶瓷及其方法，属于硅硼碳氮锆陶瓷复合材料及其制备方法

技术介绍
硅硼碳氮陶瓷复合材料本身的共价键结构赋予其较高的热稳定性、抗高温氧化、抗高温蠕变等性能，加之其具有密度低、弹性模量低等优点，是一种新型的多功能高温防热材料，可用于航天器的机头锥帽、机翼前缘、舵面、盖板和喷管等。硼化锆陶瓷常温和高温下强度均很高，耐热震性好。具有耐高温、电阻小、高温下抗氧化等诸多优点。通过溶胶凝胶法将硼化锆引入到硅硼碳氮基体中，能够很好的提高陶瓷材料的整体性能。然而，陶瓷本身的高共价键性又使其成为一种本质脆性材料，在使用过程中容易产生缺陷，导致灾难性的破坏，在一定程度上限制了其应用范围。因此，陶瓷的强韧化技术一直备受研究人员的关注。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提高硅硼碳氮陶瓷耐烧蚀性，进而提供一种原位反应制备硅硼碳氮锆复相陶瓷及其方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种原位反应制备的硅硼碳氮锆复相陶瓷，由正丙醇锆、乙酰丙酮、无水乙醇、硅粉、石墨和六方氮化硼为原料制备而成。所述正丙醇锆、乙酰丙酮和无水乙醇的摩尔比为1:1:40，所述硅粉、石墨和六方氮化硼的摩尔比为2:3:1。其中，锆源所占高能球磨后硅硼碳氮粉末的摩尔比为15％。一种原位反应制备硅硼碳氮锆复相陶瓷的方法，步骤一、将正丙醇锆、乙酰丙酮和无水乙醇混合后进行磁力搅拌，制成溶胶溶液，所述磁力搅拌时间为45～50小时；正丙醇锆、乙酰丙酮、无水乙醇的摩尔比为1:1:40；步骤二、将硅粉、石墨和六方氮化硼粉体混合到步骤一得到的溶胶溶液中，进行磁力搅拌得到混合溶液，所述磁力搅拌时间为45～50小时；硅粉、石墨和六方氮化硼的摩尔比为2:3:1；步骤三、将步骤二得到的混合溶液放入干燥炉中进行干燥，干燥温度为75℃～85℃，干燥时间为24～48小时，得到干燥凝胶；步骤四、将步骤三得到的干燥凝胶放入高温管式炉中，在管式炉中裂解得到硅硼碳氮-氧化锆混合物粉末，裂解温度为500℃～600℃，裂解时间为1.5～2.5小时，保护气氛为氮气；步骤五、将步骤四中得到的硅硼碳氮-氧化锆混合物粉末在放电等离子炉中烧结，烧结温度为2000℃，烧结压力为35～45MPa，烧结气氛为真空，烧结保温时间为5分钟，最终得到硅硼碳氮锆陶瓷复合材料。本专利技术制备的硅硼碳氮锆陶瓷复合材料经测试，其抗弯强度为411±16MPa，弹性模量为160±16GPa，断裂韧性为5.0±0.1MPa·m1/2。本专利技术的硅硼碳氮锆陶瓷复合材料制备中所用原料易得价廉，工艺简单，制备周期短；本专利技术的硅硼碳氮锆陶瓷复合材料综合性能好，适于制造航天防热用核心零部件。附图说明图1为硅硼碳氮锆陶瓷复合陶瓷材料的TEM照片(明场像)。图2为硅硼碳氮锆陶瓷复合陶瓷材料的TEM照片(面扫描)。图3为图1中选定区域的HRTEM照片。具体实施方式下面将对本专利技术做进一步的详细说明：本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本专利技术的保护范围不限于下述实施例。本实施例所涉及的一种原位反应制备硅硼碳氮锆复相陶瓷，由正丙醇锆、乙酰丙酮、无水乙醇、硅粉、石墨和六方氮化硼为原料制备而成。正丙醇锆、乙酰丙酮和无水乙醇的摩尔比为1:1:40，硅粉、石墨和六方氮化硼的摩尔比为2:3:1。其中，锆源所占高能球磨后硅硼碳氮粉末的摩尔比为15％。所述硅粉、石墨和六方氮化硼粉体的纯度均为99％～99.9％。所述硅粉、石墨和六方氮化硼粉体的粒径均为1～20μm。本实施例所涉及的一种原位反应制备硅硼碳氮锆复相陶瓷的方法，其步骤如下：步骤一、将正丙醇锆、乙酰丙酮和无水乙醇混合后进行磁力搅拌，制成溶胶溶液，所述磁力搅拌时间为45～50小时；正丙醇锆、乙酰丙酮、无水乙醇的摩尔比为1:1:40。步骤二、将硅粉、石墨和六方氮化硼粉体混合到步骤一得到的溶胶溶液中，进行磁力搅拌得到混合溶液，所述磁力搅拌时间为45～50小时；硅粉、石墨和六方氮化硼的摩尔比为2:3:1。步骤三、将步骤二得到的混合溶液放入干燥炉中进行干燥，干燥温度为75℃～85℃，干燥时间为24～48小时，得到干燥凝胶；步骤四、将步骤三得到的干燥凝胶放入高温管式炉中，在管式炉中裂解得到硅硼碳氮-氧化锆混合物粉末，裂解温度为500℃～600℃，裂解时间为1.5～2.5小时，保护气氛为氮气；步骤五、将步骤四中得到的硅硼碳氮-氧化锆混合物粉末在放电等离子炉中烧结，烧结温度为2000℃，烧结压力为35～45MPa，烧结气氛为真空，烧结保温时间为5分钟，最终得到硅硼碳氮锆陶瓷复合材料。所述步骤一中，磁力搅拌时间为48小时。所述步骤二中，磁力搅拌时间为48小时。所述步骤三中，干燥温度为80℃，干燥时间为40小时。所述步骤四中，裂解温度为550℃，裂解时间为2小时。所述步骤五中，烧结温度为2000℃，烧结压力为40MPa。本实施例得到的硅硼碳氮锆陶瓷复合材料的微观组织结构由SiC、ZrB2以及非晶态的BCN相混合而成。本实施方式得到的硅硼碳氮锆陶瓷复合材料的抗弯强度为423.1MPa，弹性模量为160GPa，断裂韧性为5.33MPa·m1/2，断裂过程中表现出伪塑性变形行为。以上所述，仅为本专利技术较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本专利技术整体构思下的不同实现方式，而且本专利技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
的技术人员在本专利技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本专利技术的保护范围之内。因此，本专利技术的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种原位反应制备的硅硼碳氮锆复相陶瓷，其特征在于，由正丙醇锆、乙酰丙酮、无水乙醇、硅粉、石墨和六方氮化硼为原料制备而成；所述正丙醇锆、乙酰丙酮和无水乙醇的摩尔比为1:1:40，所述硅粉、石墨和六方氮化硼的摩尔比为2:3:1，其中，锆源所占高能球磨后硅硼碳氮粉末的摩尔比为15％。

【技术特征摘要】
1.一种原位反应制备的硅硼碳氮锆复相陶瓷，其特征在于，由正丙醇锆、乙酰丙酮、无水乙醇、硅粉、石墨和六方氮化硼为原料制备而成；所述正丙醇锆、乙酰丙酮和无水乙醇的摩尔比为1:1:40，所述硅粉、石墨和六方氮化硼的摩尔比为2:3:1，其中，锆源所占高能球磨后硅硼碳氮粉末的摩尔比为15％。2.根据权利要求1所述的原位反应制备的硅硼碳氮锆复相陶瓷，其特征在于，所述硅粉、石墨和六方氮化硼粉体的纯度均为99％～99.9％。3.根据权利要求1所述的原位反应制备的硅硼碳氮锆复相陶瓷，其特征在于，所述硅粉、石墨和六方氮化硼粉体的粒径均为1～20μm。4.一种权利要求1所述的原位反应制备硅硼碳氮锆复相陶瓷的方法，其特征在于，步骤一、将正丙醇锆、乙酰丙酮和无水乙醇混合后进行磁力搅拌，制成溶胶溶液，所述磁力搅拌时间为45～50小时；正丙醇锆、乙酰丙酮、无水乙醇的摩尔比为1:1:40；步骤二、将硅粉、石墨和六方氮化硼粉体混合到步骤一得到的溶胶溶液中，进行磁力搅拌得到混合溶液，所述磁力搅拌时间为45～50小时；硅粉、石墨和六方氮化硼的摩尔比为2:3:1；步骤三、将步骤二得到的混合溶液放入干燥炉中进行干燥，干燥温度为75℃～85...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾德昌，苗洋，杨治华，段小明，周玉，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23