氮化硼-碳氮化钛陶瓷复合材料及其制备方法技术

氮化硼-碳氮化钛陶瓷复合材料及其制备方法，它涉及一种氮化硼基陶瓷复合材料及其制备方法。本发明专利技术解决了现有氮化硼基陶瓷材料制备中存在的成本高、生产周期长以及制作大尺寸的产品困难的问题。本发明专利技术氮化硼-碳氮化钛陶瓷复合材料由碳化硼粉、钛粉和稀释剂粉末制成。方法：一、原料干燥；二、球磨混合；三、制作毛坯；四、毛坯自蔓延燃烧，即得到氮化硼-碳氮化钛陶瓷复合材料。本发明专利技术的方法生产周期短，成本低，能够实现大尺寸产品的制作。

Boron nitride carbon nitride titanium ceramic composite material and preparation method thereof

The invention relates to a boron nitride titanium nitride ceramic composite material and a preparation method thereof, relating to a boron nitride based ceramic composite material and a preparation method thereof. The invention solves the problems of high cost, long production cycle and difficult production of large size products in the preparation of the present boron nitride based ceramic material. The boron nitride carbon nitride titanium ceramic composite material of the invention is made from boron carbide powder, titanium powder and diluent powder. Methods: 1. Drying of raw materials; two, milling and mixing; three, making blank; four, self propagating combustion of the blank, that is to obtain boron nitride carbon nitride titanium ceramic composite. The method of the invention has the advantages of short production cycle and low cost, and can realize the manufacture of large-size products.

【技术实现步骤摘要】
氮化硼-碳氮化钛陶瓷复合材料及其制备方法
本专利技术涉及一种氮化硼基陶瓷复合材料的制备方法。
技术介绍
氮化硼(BN)制品具有耐高温、耐腐蚀、电绝缘性能，以及优良的抗热震性和可加工性能，因而在工业中得到大量的应用。利用BN对玻璃、金属熔体的不润湿和耐侵性，在特殊冶炼中作熔炼多种有色金属、贵金属和稀有金属的坩埚、器皿、通道、输送泵等部件；作熔制硼单晶的器皿；在制造薄膜电容和卷烟包装纸时，用BN作为熔融铝蒸发盛器可以收到高质高产的效果；BN制品还可用作铸钢和浇注玻璃的模具。可以用作等离子焊接工具的高温绝缘部件、多种加热器的衬套、火箭燃烧室的衬里、宇宙飞船的热屏蔽材料、高温热电偶的保护套管等。
技术实现思路
BN制品可以容易地进行机械加工，而且加工精度很高，因此大大扩大了它的应用范围和提高了使用价值，例如，高频行波管收集极上的散热管，新型电焊机用的环状高温绝缘剖分式保护罩零件，不但形状复杂，而且尺寸精度要求高，一般氧化物陶瓷既难于成形制造且缺少理想的抗热震性能，而用BN陶瓷制品就可容易地使二者均得到满足。因此BN陶瓷材料具有良好的市场前景。氮化硼基导电陶瓷是蒸发舟的优良备选材料。导电蒸发舟是真空镀膜工业的关键消耗材料。进口蒸发舟的使用寿命约12小时，蒸发舟作为一次性易耗品，年需求量为数百万万支，具有广阔的市场前景。在金属蒸镀行业中，第一代蒸发舟材料是石墨，但它易被液铝腐蚀，寿命非常短。后来在石墨表面涂覆象TiC、HfC、TaC等的保护涂层后，石墨舟的寿命也仅有几小时。目前工业上主要应用BN-TiB2第二代蒸发舟材料，结合BN对铝液的耐蚀性和TiB2的优良导电性能，具有良好的使用性能。目前氮化硼基陶瓷材料传统的制备工艺主要有：常压烧结、热压烧结、热等静压烧结方法、以及微波烧结与等离子烧结常压烧结需要长时间的高温高热，耗能很大，成本高；热压烧结所得制品形状简单，一般需要几小时，生产周期长，成本较高；而热等静压烧结性能好，但是制作成本较高；微波烧结与等离子烧结设备较复杂，难于制造大尺寸产品。本专利技术为了解决现有氮化硼基陶瓷材料制备中存在的成本高、生产周期长以及制作大尺寸的产品困难的问题，而提供了氮化硼-碳氮化钛陶瓷复合材料的制备方法。氮化硼-碳氮化钛陶瓷复合材料按照重量百分比由20％～80％的碳化硼粉、10％～70％的钛粉和0％～70％的稀释剂粉末制成。氮化硼基复合陶瓷陶瓷复合材料按照以下步骤制成：一、原料干燥：按照重量百分比分别称取20％～80％的碳化硼粉、10％～70％的钛粉和0％～70％的释剂粉末，然后再将称取的原料分别置于80～150℃的真空条件下，干燥8～12h；二、将干燥后原料放入球磨机中进行球磨混合，球磨转速为50～200r/min，球磨时间为12～24h，球料质量比为3∶1；三、将球磨后的混合物装入橡胶袋或乳胶袋中，冷等静压成型得到毛坯，压力为8～30MPa，毛坯的孔隙率35％～45％；四、将毛坯放入通有循环水的密闭压力容器中，然后充入氮气使密闭压力容器中的压强达到30～200MPa，点火，原料自蔓延燃烧，即制备得到氮化硼-碳氮化钛复合陶瓷材料。本专利技术氮化硼-碳氮化钛陶瓷复合材料制备的反应原理为：本专利技术的制备方法采用燃烧合成法，即自蔓延高温合成(英文简称SHS)，是一种新型的无机难熔材料的制备工艺。它利用原料合成反应时放出的大量反应热，使反应自维持下去直至反应结束，从而获得所需产物的一种方法。燃烧合成氮化硼-碳氮化钛陶瓷复合材料所利用的化学反应为：B4C+Ti+2N2＝4BN+TiC(1)原料中钛粉适当过量，可生成氮化钛陶瓷成分，其与产物碳化钛结合在一起，形成碳氮化钛。2Ti+N2＝2TiN(2).TiC+TiN＝TiCN(3)原料中B4C适当过量，可生成BN-C成分，作为那耐高温材料具有重要的应用。B4C+2N2＝4BN+C(4)本专利技术燃烧合成反应是在高压氮气下进行的。气氛压力的升高，有利于反应得充分进行，抑制氮化铝和氮化硼在高温下的分解。压强值可取：30～200MPa。更高的压力也可以，但效果提高不显著，且浪费氮气和能源，增加生产的危险性。本专利技术氮化硼-碳氮化钛陶瓷复合材料的优点如下：1、本专利技术制备方法的反应过程只需几分钟即可完成，极大地提高了生产效率，缩短了生产周期，本专利技术的制备方法生产周期短；2、本专利技术以价格低廉的碳化硼(B4C)为原料，以燃烧反应B4C+Ti+2N2＝4BN+SiC为基础，燃烧合成氮化硼基复合陶瓷，且本专利技术需要很小的能量点火即可，可节约大量的能源，极大并降低产品的成本，本专利技术的制备方法与现有氮化硼基陶瓷材料制备方法相比较成本降低了30％～50％；3、本专利技术的制备方法能够制作大尺寸的产品(直径为40～200mm、长度为50～1000mm)；本专利技术方法利用原料自身强化学反应放热，不需要复杂的高温加热装置，合成反应时间短，对冷却装置的要求较低，设备构造简单，大尺寸设备的制造、加工相对容易，且本专利技术方法采用的是燃烧合成法，结合无包封的热等静压方法，不需要复杂的包封技术，同时产品受力均匀，实现了大尺寸、复杂形状陶瓷的制备。4、本专利技术的氮化硼-碳氮化钛复合陶瓷材料性能优异。本专利技术方法的反应过程中温度很高，可达到2000～3000℃，同时实施高压的热等静压，无需添加低熔点的烧结助剂，本专利技术的氮化硼-碳氮化钛复合陶瓷材料为纯陶瓷产品，无低熔点晶界相，高温性能突出，本专利技术的氮化硼-碳氮化钛复合陶瓷材料的使用温度可达2500℃以上；本专利技术的方法可通过调节产物中碳氮化钛的含量，使产物具有不同的导电性能，用作高温导电材料；本专利技术的氮化硼-碳氮化钛复合陶瓷材料具有极其优良的抗热震性，室温-1000℃冷热循环数百次，产品无损坏。产品具有优良可加工性能，采用不同机床均可以进行加工；本专利技术的氮化硼-碳氮化钛复合陶瓷材料的抗弯强度可达60～150MPa，2000℃高温条件下的抗弯强度可达40～90MPa。本专利技术技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。具体实施方式一：本实施方式氮化硼-碳氮化钛陶瓷复合材料按照重量百分比由20％～80％的碳化硼粉、10％～70％的钛粉和0％～70％的稀释剂粉末制成。本实施方式中的碳化硼粉、钛粉均是在市场上购买得到的。本实施方式的氮化硼-碳氮化钛复合陶瓷材料可耐2600℃以上的高温；本实施方式的氮化硼-碳氮化钛复合陶瓷材料具有极其优良的抗热震性，室温-1000℃冷热循环数百次，产品无损坏；本实施方式的氮化硼-碳氮化钛复合陶瓷材料具有优良可加工性能，采用不同机床均可以进行加工；本实施方式的氮化硼-碳氮化钛复合陶瓷材料的抗弯强度可达60～150MPa，2000℃高温条件下抗弯强度可达40～90MPa。具体实施方式一：本实施方式氮化硼-碳氮化钛陶瓷复合材料按照重量百分比由30％～60％的碳化硼粉、20％～50％的钛粉和0％～60％稀释剂粉末制成。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是氮化硼-碳氮化钛陶瓷复合材料按照重量百分比由30％～70％的碳化硼粉、10％～60％的钛粉和10％～60％的稀释剂粉末制成。其它与具体实施方式一相同。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是氮化硼-碳氮化钛陶瓷复合材料按照重量百分比由30％～60本文档来自技高网...

【技术保护点】
氮化硼‑碳氮化钛陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于氮化硼‑碳氮化钛陶瓷复合材料按照以下步骤制成：一、原料干燥：按照重量百分比分别称取20％～80％的碳化硼粉、10％～70％的钛粉和0％～70％的稀释剂粉末，然后再将称取的原料分别置于80～150℃的真空条件下，干燥8～12h；二、将干燥后原料放入球磨机中进行球磨混合，球磨转速为100～200r/min，球磨时间为12～24h，球料质量比为3∶1；三、将球磨后的混合物装入橡胶袋或乳胶袋中，冷等静压成型得到毛坯，压力为15～30MPa，毛坯的孔隙率35％～45％；四、将毛坯放入通有循环水的密闭压力容器中，然后充入氮气使密闭压力容器中的压强达到30～200MPa，点火，原料自蔓延燃烧，即制备得到氮化硼‑碳氮化钛复合陶瓷材料。

【技术特征摘要】
1.氮化硼-碳氮化钛陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于氮化硼-碳氮化钛陶瓷复合材料按照以下步骤制成：一、原料干燥：按照重量百分比分别称取20％～80％的碳化硼粉、10％～70％的钛粉和0％～70％的稀释剂粉末，然后再将称取的原料分别置于80～150℃的真空条件下，干燥8～12h；二、将干燥后原料放入球磨机中进行球磨混合，球磨转速为100～200r/min，球磨时间为12～24h，球料质量比为3∶1；三、将球磨后的混合物装入橡胶袋或乳胶袋中，冷等静压成型得到毛坯，压力为15～30MPa，毛坯的孔隙率35％～45％；四、将毛坯放入通有循环水的密闭压力容器中，然后充入氮气使密闭压力容器中的压强达到30～200MPa，点火，原料自蔓延燃烧，即制备得到氮化硼-碳氮化钛复合陶瓷材料。2.根据权利要求1所述的氮化硼-碳氮化钛陶瓷复合材料的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文川，
申请(专利权)人：雅安百图高新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51