一种高强度高温硼化锆陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高强度高温硼化锆陶瓷及其制备方法，其特征在于，由下列重量份的原料制成:硼化锆85-115、氧化铝1-6、高岭土粉2-7、氧化锆粉0.6-2、氧化钙粉1.5-4、二氧化钛粉2-6、三氧化二锑粉1.5-3.5、碳纤维0.6-3、表面活性剂0.05-0.3、聚乙烯0.5-3、无水乙醇20-30、甘油2-5、去离子水65-75。本发明专利技术的硼化锆陶瓷强度明显提高，且本发明专利技术工艺简单合理，原料来源方便。

【技术实现步骤摘要】
一种高强度高温硼化锆陶瓷及其制备方法
本专利技术涉及一种高强度高温硼化锆陶瓷及其制备方法，属于陶瓷生产

技术介绍
硼化锆陶瓷具有机械强度大、化学稳定度高、热传导性号和良好的热震稳定性等，这些特性使它们在航空航天、汽车工业、机械加工、化工、光学以及能源等领域得到广泛应用。但硼化锆陶瓷加工困难，硼化锆是一种典型的共价键结合的稳定化合物，扩散系数较低，很难用常规的烧结方法达到致密化，必须通过添加一些烧结助剂以降低表面能或增加表面积，以及采用特殊工艺处理来获得致密的钛陶瓷，以提高其成品强度及成品产出率,无压烧结陶瓷具有抗氧化性好、硬度高热稳定性好、高温强度大、热膨胀系数小、热导率大等优良性能，已在石油、化工、机械等领域得到广泛的应用，但是在现有制造方法下制造的无压烧结陶瓷由于其断裂韧性差、抗冲击能力小易碎等弊端，在使用上受到了一定的限制。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高强度高温的硼化锆陶瓷。为了实现本专利技术的目的，本专利技术通过以下方案实施:一种高强度高温硼化锆陶瓷，由下列重量份的原料制成:硼化锆85-115、氧化铝1-6、高岭土粉2-7、氧化锆粉0.6-2、氧化钙粉1.5-4、二氧化钛粉2-6、三氧化二锑粉1.5-3.5、碳纤维0.6-3、表面活性剂0.05-0.3、聚乙烯0.5-3、无水乙醇20-30、甘油2-5、去离子水65-75。优选的，所述的高强度高温硼化锆陶瓷由下列重量份的原料制成:硼化锆90-105、氧化铝2-4、高岭土粉4-6、氧化锆粉1-1.5、氧化钙粉2-3、二氧化钛粉3-5、三氧化二锑粉2.5-3、碳纤维1.6-2.5、表面活性剂0.05-0.2、聚乙烯1.5-2、无水乙醇26-28、甘油3-5、去离子水68-70。优选的，所述的高强度高温硼化锆陶瓷由下列重量份的原料制成:硼化锆100、氧化铝3、高岭土粉4.5、氧化锆粉1.2、氧化钙粉2.8、二氧化钛粉4.4、三氧化二锑粉2.9、碳纤维2.1、表面活性剂0.15、聚乙烯1.7、无水乙醇26、甘油4.6、去离子水68。优选的，所述碳纤维的长度为4-8mm。优选的，所述表面活性剂为单硬脂酸甘油酯、脂肪酸山梨坦、聚山梨酯、二辛基琥珀酸磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的一种或多种。制备上述高强度高温硼化锆陶瓷的方法，包括以下具体步骤:(1)将硼化锆、氧化铝、高岭土粉、氧化锆粉、氧化钙粉、碳黑粉、二氧化钛粉、三氧化二锑粉、去离子水混合加到球磨罐中球磨60-90min，再加入聚乙烯、无水乙醇、甘油，以350-450rpm的转速进行混合40-60min；（2）加入碳纤维、表面活性剂，转速降低至150-250rpm，继续球磨40-60min，将混合均匀的浆料在室温下抽气缓慢加到金属模具中，然后置于恒温箱中于700-750℃下保温30-50分钟后脱模，在室温下自然干燥至恒重；(3)将步骤(2)得到的钛陶瓷素坯置入反应烧结炉中，将烧结炉抽真空，升温至1650-1680℃，恒温保持120-180min，试样随炉冷却至500℃；(4)将试样移至热风炉中在200℃恒温下进行二次冷却30min，试样随炉冷却至室温即可得到高强度高温硼化锆陶瓷。优选的，所述球磨罐配备有高纯度氧化铝磨球。优选的，步骤（3）中所述升温速率为30-40℃/min。本专利技术的优点是：（1）本专利技术添加的碳纤维可以提高硼化锆陶瓷的力学性能，提高陶瓷的断裂韧性，提高素坯的强度和致密度，满足机械加工要求添加的硼化锆进一步提高陶瓷的耐磨性，高岭土粉、氧化钙粉的添加可以提高陶瓷的耐高温性。（2）本专利技术添加的氧化铝、氧化锆粉、碳黑粉提高了钛陶瓷的致密性和导热性，促进了硼化锆的结晶，提高成品率。（3）本专利技术工艺简单，恒温箱脱模以及二次降温提高了陶瓷的均匀度和致密性，进一步的提高了陶瓷的强度，同时提高了烧结炉的利用效率，降低了能耗。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术的技术方案进一步详细描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1一种高强度高温硼化锆陶瓷，由下列重量份的原料制成:硼化锆100、氧化铝3、高岭土粉4.5、氧化锆粉1.2、氧化钙粉2.8、二氧化钛粉4.4、碳黑粉2.5、三氧化二锑粉2.9、碳纤维2.1、表面活性剂0.15、聚乙烯1.7、无水乙醇26、甘油4.6、去离子水68。其中，所述碳纤维的长度为4mm，所述表面活性剂为单硬脂酸甘油酯、十二烷基磺酸钠。制备上述高强度高温硼化锆陶瓷的方法，包括以下具体步骤:(1)将硼化锆、氧化铝、高岭土粉、氧化锆粉、碳黑粉、氧化钙粉、二氧化钛粉、三氧化二锑粉、去离子水混合加到配备有高纯度氧化铝磨球的球磨罐中球磨90min，再加入聚乙烯、无水乙醇、甘油，以400rpm的转速进行混合60min；（2）加入碳纤维、表面活性剂，转速降低至200rpm，继续球磨60min，将混合均匀的浆料在室温下抽气缓慢加到金属模具中，然后置于恒温箱中于750℃下保温50分钟后脱模，在室温下自然干燥至恒重；(3)将步骤(2)得到的钛陶瓷素坯置入反应烧结炉中，将烧结炉抽真空，升温至1680℃，恒温保持120-180min，试样随炉冷却至500℃；(4)将试样移至热风炉中在200℃恒温下进行二次冷却30min，试样随炉冷却至室温即可得到高强度高温硼化锆陶瓷。本实施例得到的硼化锆陶瓷其性能为：硬度(HV)：2800；抗压强度(MPa)：4800；抗弯强度(MPa)：580。实施例2一种高强度高温硼化锆陶瓷，由下列重量份的原料制成:硼化锆115、氧化铝6、高岭土粉7、氧化锆粉2、氧化钙粉4、二氧化钛粉6、碳黑粉2、三氧化二锑粉3.5、碳纤维3、表面活性剂0.3、聚乙烯3、无水乙醇30、甘油5、去离子水75。其中，所述碳纤维的长度为8mm，所述表面活性剂为单硬脂酸甘油酯、聚山梨酯、脂肪酸山梨坦、二辛基琥珀酸磺酸钠、十二烷基磺酸钠。制备上述高强度高温硼化锆陶瓷的方法，包括以下具体步骤:(1)将硼化锆、氧化铝、高岭土粉、氧化锆粉、氧化钙粉、二氧化钛粉、碳黑粉、三氧化二锑粉、去离子水混合加到配备有高纯度氧化铝磨球的球磨罐中球磨60min，再加入聚乙烯、无水乙醇、甘油，以300rpm的转速进行混合40min；（2）加入碳纤维、表面活性剂，转速降低至100rpm，继续球磨40min，将混合均匀的浆料在室温下抽气缓慢加到金属模具中，然后置于恒温箱中于700℃下保温30分钟后脱模，在室温下自然干燥至恒重；(3)将步骤(2)得到的钛陶瓷素坯置入反应烧结炉中，将烧结炉抽真空，升温至1650℃，恒温保持120-180min，试样随炉冷却至500℃；(4)将试样移至热风炉中在200℃恒温下进行二次冷却30min，试样随炉冷却至室温即可得到高强度高温硼化锆陶瓷。本实施例得到的硼化锆陶瓷其性能为：硬度(HV)：2700；抗压强度(MPa)：4600；抗弯强度(MPa)：560。实施例3一种高强度高温硼化锆陶瓷，由下列重量份的原料制成:硼化锆85、氧化铝1、高岭土粉2、氧化锆粉0.6、氧化钙粉1.5、二氧化钛粉2、碳黑粉3、三氧化二锑粉1.5、碳纤维0.6、表面活性剂0.05、聚乙烯0.5、无水乙醇20、甘油2、去离子水65。其中，所述碳纤维的长度为5mm，所述表面活性剂为聚山梨酯、二辛基琥珀酸磺酸钠本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强度高温硼化锆陶瓷，其特征在于，由下列重量份的原料制成:硼化锆85‑115；氧化铝1‑6；高岭土粉2‑7；氧化锆粉0.6‑2；氧化钙粉1.5‑4；二氧化钛粉2‑6；碳黑粉1.5‑4；三氧化二锑粉1.5‑3.5；碳纤维0.6‑3；表面活性剂0.05‑0.3；聚乙烯0.5‑3；无水乙醇20‑30；甘油2‑5；去离子水65‑75。

【技术特征摘要】
1.一种高强度高温硼化锆陶瓷，其特征在于，由下列重量份的原料制成:硼化锆85-115；氧化铝1-6；高岭土粉2-7；氧化锆粉0.6-2；氧化钙粉1.5-4；二氧化钛粉2-6；碳黑粉1.5-4；三氧化二锑粉1.5-3.5；碳纤维0.6-3；表面活性剂0.05-0.3；聚乙烯0.5-3；无水乙醇20-30；甘油2-5；去离子水65-75;具体制备步骤如下:(1)将硼化锆、氧化铝、高岭土粉、碳黑粉、氧化锆粉、氧化钙粉、二氧化钛粉、三氧化二锑粉、去离子水混合加到球磨罐中球磨60-90min，再加入聚乙烯、无水乙醇、甘油，以350-450rpm的转速进行混合40-60min；（2）加入碳纤维、表面活性剂，转速降低至150-250rpm，继续球磨40-60min，将混合均匀的浆料在室温下抽气缓慢加到金属模具中，然后置于恒温箱中于700-750℃下保温30-50分钟后脱模，在室温下自然干燥至恒重；(3)将步骤(2)得到的陶瓷素坯置入反应烧结炉中，将烧结炉抽真空，升温至1650-1680℃，恒温保持120-180min，试样随炉冷却至500℃；(4)将试样移至热风炉中在200℃恒温下进行二次冷却30min，试样随炉冷却至室温即可得到高强度高温硼化锆陶瓷。2.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨洋，
申请(专利权)人：杨洋，
类型：发明
国别省市：四川;51