一种超高温陶瓷及其制备方法技术

本申请属于超高温陶瓷材料的技术领域，尤其涉及一种超高温陶瓷及其制备方法。本申请的超高温陶瓷，由以下原料通过热压烧结后制得；其中，所述原料为锆的氧化物粉体、钛的氧化物粉体和硼粉体的混合物。本申请还公开了超高温陶瓷的制备方法，包括以下步骤：步骤1、将锆的氧化物粉体、钛的氧化物粉体、硼粉体和溶剂混合后干燥，得到混合粉体；步骤2、将所述混合粉体升温到1450℃～1600℃后保温，得到中间产物；步骤3、在保护性气体的条件下，压力为20‑50MPa，将所述中间产物升温到1900℃～2100℃后保温，得到超高温陶瓷。本申请用于提高现有工艺制得ZrB2陶瓷的致密度和改善的ZrB2陶瓷的力学性能。

Ultra high temperature ceramics and preparation method thereof

The application belongs to the technical field of ultra-high temperature ceramic materials, in particular to an ultra-high temperature ceramic and a preparation method thereof. The ultra-high temperature ceramics are prepared by hot pressing sintering of the following raw materials, wherein the raw materials are a mixture of zirconium oxide powder, titanium oxide powder and boron powder. The application also discloses the preparation method of ultra-high temperature ceramics, including the following steps: step 1, mixing zirconium oxide powder, titanium oxide powder, boron powder and solvent and drying to obtain mixed powder; step 2, heating the mixed powder to 1450 ~1600 Celsius to obtain intermediate products; step 3, preservation Under the condition of protective gas, the pressure is 20 50MPa, the intermediate products are heated to 1000 ~2100, and the ultrahigh temperature ceramics are obtained. The present application is for increasing the density of ZrB2 ceramics manufactured by existing processes and improving the mechanical properties of ZrB2 ceramics.

【技术实现步骤摘要】
一种超高温陶瓷及其制备方法
本申请属于超高温陶瓷材料的
，尤其涉及一种超高温陶瓷及其制备方法。
技术介绍
超高温陶瓷一般是指熔点大于3000℃的过渡金属碳化物、硼化物、氮化物及其相应的复相陶瓷，如ZrB2、TiB2、TaB2、ZrC、TiC、HfC等。超高温陶瓷及其复合材料具有高熔点、低密度、高强度、高导热等优异性能。在航空航天、能源、兵器等领域有着广泛的应用前景，其中ZrB2超高温陶瓷受到了研究者的高度关注。但是由于强共价键和低扩散系数，ZrB2较难烧结；同时由于其化学键特性的差异，在烧结过程中期晶粒沿c轴方向的生长速度显著高于其他方向，导致晶粒异常长大，从而使ZrB2陶瓷的相对密度、硬度、断裂韧性能和抗弯强度较低，其晶粒尺寸较大。申请内容有鉴于此，本申请公开了一种超高温陶瓷及其制备方法，能有效解决目前超高温陶瓷制备得到的ZrB2陶瓷的性能劣化的技术缺陷。本申请提供了一种超高温陶瓷，由以下原料通过热压烧结后制得；其中，所述原料为锆的氧化物粉体、钛的氧化物粉体和硼粉体的混合物。作为优选，所述锆的氧化物粉体为二氧化锆粉。作为优选，所述钛的氧化物粉体为二氧化钛粉。作为优选，所述二氧化锆粉与所述二氧化钛粉的摩尔比为(9-39)：1。作为优选，所述二氧化锆粉与所述二氧化钛粉的物质的量之和与所述硼粉体的物质的量的比例为1：(3.3～4.5)。作为优选，所述锆的氧化物粉体的粒径为0-5μm，所述钛的氧化物粉体和所述硼粉体的粒径为0-1μm。本申请还公开了一种超高温陶瓷的制备方法，包括以下步骤：步骤1、将锆的氧化物粉体、钛的氧化物粉体、硼粉体和溶剂混合后干燥，得到混合粉体；步骤2、将所述混合粉体升温到1450～1600℃后保温，得到中间产物；步骤3、在保护性气体的条件下，压力为20-50MPa，将所述中间产物升温至1900～2100℃后保温，得到超高温陶瓷。作为优选，所述步骤1之后，步骤2之前还包括：对所述混合粉体进行预处理，所述预处理为：将所述混合粉体升温到950～1100℃后保温。作为优选，所述锆的氧化物粉体为二氧化锆粉，所述钛的氧化物粉体为二氧化钛粉。作为优选，所述混合为球磨混合。与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：本申请通过将锆的氧化物粉体、钛的氧化物粉体和硼粉体的混合物通过热压烧结生成的超高温陶瓷，在这过程中，硼粉体与锆的氧化物粉体反应生成ZrB2，钛的氧化物粉体和硼粉体反应生成TiB2，在热压烧结的同时将TiB2固溶到ZrB2中，能够能够有效地降低ZrB2在烧结过程中的晶界运动速度，从而抑制异常晶粒的长大，使晶粒细化，提高其力学性能。同时反应热压烧结过程中，促进了超高温陶瓷的致密化，进一步改善了ZrB2的性能，从实施例可知，本申请制备得到的超高温陶瓷的相对密度大于95％，硬度为15～28GPa，断裂韧性为4～8MPa·m1/2，抗弯强度为450～950MPa，晶粒尺寸为0.5～3μm，使得超高温陶瓷的性能能大幅度提升。具体实施方式本申请提供了一种超高温陶瓷及其制备方法，用于提高现有工艺制得ZrB2陶瓷的致密度和改善的ZrB2陶瓷的力学性能。下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。本申请具体提供的一种超高温陶瓷的制备方法，包括下列步骤：步骤(1)、以二氧化锆粉、硼粉体和二氧化钛粉为原料，按二氧化锆粉：二氧化钛粉的摩尔比为(9-9.95)：(0.05-1)，二氧化锆粉和二氧化钛粉的物质的量之和与硼粉体的物质的量的比例为1：(3.3～4.5)，二氧化锆粉、硼粉体、二氧化钛粉和溶剂进行球磨混合，干燥后得到混合粉体(混合粉体的成分为ZrO2-TiO2-B)；步骤(2)、将步骤(1)中得到的混合粉体进行过筛，然后将过筛后的混合粉体通过热压烧结制备超高温陶瓷(超高温陶瓷成分为ZrB2-TiB2固溶陶瓷)。具体的，上述步骤(1)中，二氧化锆粉的纯度为98％～100％，二氧化锆粉的粒径为0-5μm；二氧化钛粉的纯度为98％～100％，二氧化钛粉的粒径为0-1μm；硼粉体的纯度为98％～100％，硼粉体的粒径为0-1μm。优选的，上述步骤(1)中，二氧化锆粉：二氧化钛粉的摩尔比为19：1，二氧化锆粉和二氧化钛粉的混合物与硼粉体的摩尔比为1:4。具体的，上述步骤(2)中，将过筛后的混合粉体的热压烧结步骤如下：步骤a、将二氧化锆粉、硼粉体、二氧化钛粉和溶剂混合后干燥，得到混合粉体；步骤b、将所述混合粉体升温到1450～1600℃后保温，得到中间产物；步骤c、在保护性气体的条件下，压力为20-50MPa，将所述中间产物升温到1900～2100℃后保温，得到超高温陶瓷。更优选的，步骤c、在保护性气体的条件下，压力为30MPa，将所述中间产物升温到1900～2100℃后保温，得到超高温陶瓷。优选的，上述步骤(2)中，热压烧结具体为三步保温法的热压烧结制备超高温陶瓷。更优选的，上述步骤(2)中，三步保温法的热压烧结的步骤为：步骤a1、在真空度为0-20Pa，以5-15℃/min的升温速率将混合粉体升温到950～1100℃后，保温1～4h，得到中间产物1；步骤b1、在真空度为0-20Pa，以5-15℃/min的升温速率将中间产物1升温到1450～1600℃后，保温0.5～2h，得到中间产物2；步骤c1、在保护性气体的条件下，压力为30MPa，以10-40℃/min的升温速率将中间产物2升温到1900～2100℃后，保温0.5～1.5h，得到超高温陶瓷。具体的，保护性气体为1atm氩气。具体的，压力为石墨模具的压力。优选的，步骤a1的气压为20Pa。优选的，步骤b1的气压为20Pa。优选的，步骤c1的气压为1atm。优选的，上述步骤a1中，以5℃/min的升温速率将混合粉体的温度升到1000℃，并保温2h。优选的，上述步骤b1中，以10℃/min的升温速率将将中间产物1的温度升到1550℃，并保温1h。优选的，上述步骤c1中，以30℃/min的升温速率将将中间产物2的温度升到2000℃，并保温1h。具体的，上述制备的超高温陶瓷的相对密度大于95％，硬度为15～28GPa，断裂韧性为4～8MPa·m1/2，抗弯强度为450～950MPa，晶粒尺寸为0.5～3μm。优选的，上述制备的超高温陶瓷的相对密度大于95％，硬度为25GPa，断裂韧性为6.8MPa·m1/2，抗弯强度为800MPa，晶粒尺寸约为1μm。其中，以下实施例的原料均为市售或自制。实施例1本申请实施例提供的第一种超高温陶瓷的制备方法，包括以下步骤：(1)以二氧化锆粉、硼粉体和二氧化钛粉为原料，按二氧化锆粉：二氧化钛粉的摩尔比为19:1的配比，二氧化锆粉和二氧化钛粉的混合物和硼粉体按1:4的摩尔比例配料，以乙醇为溶剂，ZrB2球为球磨介质，在行星球磨机上以转速300r/min球磨混合24h，经混料和干燥后，得到混合粉体。(2)将混合粉体过筛后置于在热压炉中，在真空度低于20Pa，以5℃/min的升温速率将温度升到1000℃，并保温2h；接着再以10℃/min的升本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超高温陶瓷，其特征在于，由以下原料通过热压烧结后制得；其中，所述原料为锆的氧化物粉体、钛的氧化物粉体和硼粉体的混合物。

【技术特征摘要】
1.一种超高温陶瓷，其特征在于，由以下原料通过热压烧结后制得；其中，所述原料为锆的氧化物粉体、钛的氧化物粉体和硼粉体的混合物。2.根据权利要求1所述的超高温陶瓷，其特征在于，所述锆的氧化物粉体为二氧化锆粉。3.根据权利要求2所述的超高温陶瓷，其特征在于，所述钛的氧化物粉体为二氧化钛粉。4.根据权利要求3所述的超高温陶瓷，其特征在于，所述二氧化锆粉与所述二氧化钛粉的摩尔比为(9-39)：1。5.根据权利要求4所述的超高温陶瓷，其特征在于，所述二氧化锆粉与所述二氧化钛粉的物质的量之和与所述硼粉体的物质的量的比例为1：(3.3～4.5)。6.根据权利要求1所述的超高温陶瓷，其特征在于，所述锆的氧化物粉体的粒径为0-5μm，所述钛的氧化物粉体和所述硼粉体的粒径为0-1μm。7.一种权利要求1～6任一项...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭伟明，曾令勇，古志钊，林华泰，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44