内晶型硼化锆基超高温陶瓷的制备工艺制造技术

本发明专利技术提供一种内晶型硼化锆基超高温陶瓷的制备工艺，其特征在于采用以下步骤：1）先将硼化锆陶瓷粉料加入无水乙醇中，硼化锆陶瓷粉料由中空棒状硼化锆粉体和纳米碳化硅粉体按体积百分比70～90%：10～30%混合而成，搅拌4～8h，形成均匀的陶瓷悬浮液；2）采用旋转蒸发器将陶瓷悬浮液进行真空干燥形成混合粉；3）然后将混合粉加入涂有氮化硼的石墨磨具中，在氩气气氛下热压烧结，烧结温度为1900～2000℃，保温0.5～2h，压力为20～40MPa，即得内晶型硼化锆基超高温陶瓷。本发明专利技术制备工艺简单，制备的内晶型硼化锆基超高温陶瓷，兼有棒状增韧和内晶型结构增韧的复合效果，具有较高的抗弯强度和较好的抗氧化烧蚀性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术提供内晶型硼化锆基超高温陶瓷的制备工艺，属于结构陶瓷的制备

技术介绍
在纳米复合陶瓷中，纳米粒子以两种方式存在，一种是分布在基质的晶界，即所谓“晶界型”或“晶间型”；另一种是分布在基质晶粒内部，即所谓“晶内型”或“内晶型”。“内晶型”结构的以下效应而发挥作用的:①“内晶型”结构导致“纳米化效应”。纳米粒子进人微米基质颗粒之后，在基体晶粒内部产生大量次界面和微裂纹，引起基体颗粒的潜在分化，相当于组织的再细化，使得主晶界的作用被削弱；②诱发穿晶断裂。由于纳米化效应使晶粒内部产生微裂纹，当纳米粒子与基质晶粒由于热膨胀失配和弹性失配造成纳米相周围产生局部拉应力时，就会引发穿晶断裂纳米粒子使裂纹二次偏折。当沿晶内微裂纹或次界面扩展的主裂纹前端遇到纳米粒子无法穿过时，会发生偏转，从而耗散了断裂能量。弥散分布在基体中的纳米第二相粒子比表面积大、化学活性高、弥散度大，尤其是它在纳米复合陶瓷中会以不同的结构形式存在，从而带来了陶瓷材料韧化机理研究的新理念。内晶型结构最突出的表现有二点:①提尚抗弯强度；②提尚断裂初性提尚耐尚温性會泛。ZrB2陶瓷具有优越的耐高温和耐腐蚀性能及相对较低的理论密度，因此一直被认为是超高温陶瓷(UHTCs)家族中最有应用前景的材料之一。目前，2池2陶瓷已广泛用作各种高温结构及功能材料，如:航空工业中的涡轮叶片、磁流体发电电极等。但ZrB2陶瓷强度和断裂韧性较低，限制了其在苛刻作业环境下的应用，如超声速飞行器鼻锥和前沿、超燃冲压发动机热端部件等。因此，为了保证使用过程中的可靠性和安全性，必须改善2池2陶瓷的脆性问题，从而提高其耐热冲击性能。专利CN101250061B“氧化锆增韧硼化物超高温陶瓷基复合材料的制备方法”，采用氧化锆增韧硼化物，断裂韧性达6.0?6.8 MPa.ι?1/2。专利CN2009100721324“硼化锆-碳化硅-碳黑三元高韧化超高温陶瓷基复合材料及其制备方法”，采用石墨增韧硼化锆基超高温陶瓷，其临界温差为470?1000°C，断裂韧性达2.01?6.57 MPa.m1/2,抗热冲击性得到明显提尚。目前，内晶型硼化锆基超高温陶瓷的制备工艺研究鲜有报道，文献“Qiang Liu,ffenbo Han, Jiecai Han.1nfluence of SiCnp content on the microstructure andmechanicalproperties of ZrB2- SiC nanocomposite.Scripta Materialia，2010，63:581 - 584”，以 30 nmSiC 和 lWn ZrB2S原料，1900°C、30 MPa 下热压烧结，制备出 ZrB 2 - 20vol.% SiC超高温陶瓷，结构为SiC纳米内晶型结构，弯曲强度达到1009.1±43 MPa，断裂韧性达到 6.8±0.2 MPa.m1/2。而通过改变硼化锆粉体形貌，制备内晶型硼化锆基超高温陶瓷未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有硼化锆基超高温陶瓷韧性差的问题，而提供内晶型硼化锆基超高温陶瓷的制备工艺。其技术方案为: 内晶型硼化锆基超高温陶瓷的制备工艺，其特征在于采用以下步骤: 1)先将硼化锆陶瓷粉料加入无水乙醇中，硼化锆陶瓷粉料由中空棒状硼化锆粉体和纳米碳化硅粉体按体积百分比70?90%:10?30%混合而成，搅拌4?8h，形成均匀的陶瓷悬浮液； 2)采用旋转蒸发器将陶瓷悬浮液进行真空干燥形成混合粉； 3)然后将混合粉加入涂有氮化硼的石墨磨具中，在氩气气氛下热压烧结，烧结温度为1900?2000°C，保温0.5?2h，压力为20?40 MPa,即得内晶型硼化锆基超高温陶瓷。所述的内晶型硼化锆基超高温陶瓷的制备工艺，步骤1)中，硼化锆陶瓷粉料中中空硼化锆粉体的直径为2?5 μ m，壁厚为0.5 μ m左右，长度为10?15 μ m，即空心直径为1 ~ 4 μ mD所述的内晶型硼化锆基超高温陶瓷的制备工艺，步骤1)中，硼化锆陶瓷粉料中纳米碳化娃粉体的粒径为10?50nm。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点: 1、在本专利技术制得的内晶型硼化锆基超高温陶瓷，2池2颗粒为中空棒状，在热压过程中，2池2颗粒有择优取向，棒状垂直于热压方向，断裂过程中有利于裂纹偏转，提高断裂韧性和抗热冲击性，使得材料的安全性和可靠性得到提高； 2、本专利技术以中空棒状ZrB2粉体为原料，混合过程中一部分内纳米SiC进入ZrB2粉体的孔洞中，易于生成内晶型硼化锆； 3、在本专利技术制得的内晶型硼化锆基超高温陶瓷，部分纳米SiC进入ZrB^aB粒内部，形成内晶型ZrB2，与相同成分配比的硼化锆基超高温陶瓷相比较，具有较好的抗氧化烧蚀性和较高的抗弯强度； 4、在本专利技术制得的内晶型硼化锆基超高温陶瓷，兼有棒状增韧和内晶型结构增韧的复合效果，断裂韧性提高明显。【具体实施方式】实施例1 1)称取425.6克的中空棒状硼化锆粉体和96克的碳化硅粉体加入无水乙醇中，即中空棒状硼化锆粉体和纳米碳化硅粉体按体积百分比70%:30%，其中中空硼化锆粉体的直径为2 μm，壁厚为0.5 μπι左右，长度为10 μm，即空心直径为1 μπι ;纳米碳化娃粉体的粒径为10nm ;搅拌4h，形成均勾的陶瓷悬浮液； 2)采用旋转蒸发器将陶瓷悬浮液进行真空干燥形成混合粉； 3)然后将混合粉加入涂有氮化硼的石墨磨具中，在氩气气氛下热压烧结，烧结温度为1900°C，保温0.5h，压力为20 MPa,即得内晶型硼化锆基超高温陶瓷。实施例2 1)称取547.2克的中空棒状硼化锆粉体和32克的碳化硅粉体加入无水乙醇中，即中空棒状硼化锆粉体和纳米碳化硅粉体按体积百分比90%:10%，其中中空硼化锆粉体的直径为5 μm，壁厚为0.5 μπι左右，长度为15 μm，即空心直径为4 μπι ;纳米碳化娃粉体的粒径为50nm ;搅拌8h，形成均勾的陶瓷悬浮液； 2)采用旋转蒸发器将陶瓷悬浮液进行真空干燥形成混合粉； 3)然后将混合粉加入涂有氮化硼的石墨磨具中，在氩气气氛下热压烧结，烧结温度为2000°C，保温2h，压力为40 MPa,即得内晶型硼化锆基超高温陶瓷。实施例3 1)称取486.4克的中空棒状硼化锆粉体和64克的碳化硅粉体加入无水乙醇中，即中空棒状硼化锆粉体和纳米碳化硅粉体按体积百分比80%:20%，其中中空硼化锆粉体的直径为4 μm，壁厚为0.5 μπι左右，长度为12 μm，即空心直径为3 μπι ;纳米碳化娃粉体的粒径为30nm ;搅拌6h，形成均勾的陶瓷悬浮液； 2)采用旋转蒸发器将陶瓷悬浮液进行真空干燥形成混合粉； 3)然后将混合粉加入涂有氮化硼的石墨磨具中，在氩气气氛下热压烧结，烧结温度为1950°C，保温lh，压力为30 MPa,即得内晶型硼化锆基超高温陶瓷。实施例4 1)称取486.4克的中空棒状硼化锆粉体和64克的碳化硅粉体加入无水乙醇中，即中空棒状硼化锆粉体和纳米碳化硅粉体按体积百分比80%:20%，其中中空硼化锆粉体的直径为3 μm，壁厚为0.5 μπι左右，长度为10 μm，即空心直径为2 μπι ;纳米碳化娃粉体的粒径为40nm ;本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种内晶型硼化锆基超高温陶瓷的制备工艺，其特征在于采用以下步骤：1）先将硼化锆陶瓷粉料加入无水乙醇中，硼化锆陶瓷粉料由中空棒状硼化锆粉体和纳米碳化硅粉体按体积百分比70～90%：10～30%混合而成，搅拌4～8h，形成均匀的陶瓷悬浮液；2）采用旋转蒸发器将陶瓷悬浮液进行真空干燥形成混合粉；3）然后将混合粉加入涂有氮化硼的石墨磨具中，在氩气气氛下热压烧结，烧结温度为1900～2000℃，保温0.5～2h，压力为20～40 MPa，即得内晶型硼化锆基超高温陶瓷。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：魏春城，刘新超，杨赞中，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：山东;37