一种斜晶型碳化硼陶瓷的烧结方法技术

本发明专利技术涉及一种斜晶型碳化硼陶瓷的烧结方法，属于陶瓷材料制备领域。本发明专利技术以硼酸，碳粉为主要原料，并混合三氧化二铁，硼氢化钠等物质，利用点燃的镁带，使其反应呈熔融状后，再添加十二烷基苯磺酸钠，加热混合后，冷却，并去掉混合物中的铁以及氮化镁等物质，残留下斜晶型碳化硼陶瓷混合物，用无水乙醇洗涤后，对其进行烧结即可制备碳化硼陶瓷。本发明专利技术制备的斜晶型碳化硼陶瓷金属残留量少，减少了10～15％；耐腐蚀性能提高，提高了12～16％，且其硬度高，达到29.3～31.2GPa。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种斜晶型碳化硼陶瓷的烧结方法，属于陶瓷材料制备领域。
技术介绍
碳化硼是自然界中硬度仅次于金刚石和立方氮化硼的重要超硬材料，它具有高硬度、高模量、比重小、自润滑性好、耐磨、耐辐射、吸收中子等特点，是一种综合性能十分突出的新型高性能工程陶瓷材料，在高端液气密封材料、航天航空发动机喷嘴、高端陶瓷轴承、高端防弹装甲材料、核辐射防护、硬质材料的抛光和精研磨料等方面具有重要应用。目前制造碳化硼陶瓷材料有反应烧结法，其是指将碳化硼和碳首先制备成为素坯，然后在高温下从外部浸渗液态或气态的金属Al、Si等，素坯中的碳与浸渗的金属发生反应，生成金属碳化物，过剩的金属充填陶瓷体孔隙，从而实现陶瓷致密化的烧结方法。反应烧结法烧成温度低，能耗低，原料粒度粗大成本低，产能较高，产品无收缩甚至略微膨胀，产品表面残留过剩的金属需要特别处理，液态或气态的金属对窑炉具有破坏性影响，缩短窑炉寿命。反应烧结碳化硼陶瓷内部因有大量金属残留，机械性能和耐腐蚀相对较差，目前在防弹陶瓷领域开展试用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题：针对反应烧结法制备的碳化硼陶瓷材料内部含有大量的金属材料，导致其机械性能和耐腐蚀性能相对较差，且对烧结窑炉具有破坏性，缩短窑炉寿命的问题，提供了一种以硼酸，碳粉为主要原料，并混合三氧化二铁，硼氢化钠等物质，利用点燃的镁带，使其反应呈熔融状后，再添加十二烷基苯磺酸钠，加热混合后，冷却，并去掉混合物中的铁以及氮化镁等物质，残留下斜晶型碳化硼陶瓷混合物，用无水乙醇洗涤后，对其进行烧结即可制备碳化硼陶瓷的方法。本专利技术制备的碳化硼陶瓷金属残留量少，且其机械性能，耐腐蚀性能得以提高。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下所述的技术方案是：（1）按重量份数计，分别称量40～57份硼酸、30～40份碳粉、10～15份硼氢化钠、1～2份三氧化二铁和2～3份镁粉，搅拌混合均匀后置于坩埚中，并在氮气保护条件下，将点燃的镁带置于坩埚中，使其自然燃烧反应至坩埚中混合物呈熔融状；（2）待混合物呈熔融状后，再向混合物中加入混合物质量2～3％十二烷基苯磺酸钠，搅拌混合，并对坩埚加热，控制加热温度为70～80℃，加热搅拌30～45min后，使其静置冷却至室温；（3）将静置冷却至室温的混合物置于搅拌机中，并用带有磁铁的搅拌器进行搅拌，控制搅拌速度为110～125r/min，每隔10～15min，取出搅拌器并清理搅拌器上的铁粉，直至搅拌器上无铁粉出现后，取出搅拌机中去铁混合物，并将去铁混合物过150～170目筛，得到斜晶型碳化硼陶瓷混合物；（4）将上述制备的斜晶型碳化硼陶瓷混合物用无水乙醇洗涤2～3次后，置于热烧结炉中，控制烧结炉内的真空度为0.1～0.2Pa后，加热升温至1400～1600℃，烧结1～2h，再以5～10℃/min速率升温至1900～2130℃，保温反应30～40min，即可制备得斜晶型碳化硼陶瓷。本专利技术制备的斜晶型碳化硼陶瓷抗弯强度为510～525MPa，相对密度99％以上，硬度达到29.3～31.2GPa。本专利技术与其他方法相比，有益技术效果是：（1）本专利技术制备的斜晶型碳化硼陶瓷金属残留量少，减少了10～15％；（2）耐腐蚀性能提高，提高了12～16％，且其硬度高，达到29.3～31.2GPa；（3）本专利技术制备步骤简单，所需成本低。具体实施方式首先按重量份数计，分别称量40～57份硼酸、30～40份碳粉、10～15份硼氢化钠、1～2份三氧化二铁和2～3份镁粉，搅拌混合均匀后置于坩埚中，并在氮气保护条件下，将点燃的镁带置于坩埚中，使其自然燃烧反应至坩埚中混合物呈熔融状；待混合物呈熔融状后，再向混合物中加入混合物质量2～3％十二烷基苯磺酸钠，搅拌混合，并对坩埚加热，控制加热温度为70～80℃，加热搅拌30～45min后，使其静置冷却至室温；再将静置冷却至室温的混合物置于搅拌机中，并用带有磁铁的搅拌器进行搅拌，控制搅拌速度为110～125r/min，每隔10～15min，取出搅拌器并清理搅拌器上的铁粉，直至搅拌器上无铁粉出现后，取出搅拌机中去铁混合物，并将去铁混合物过150～170目筛，得到斜晶型碳化硼陶瓷混合物；最后将上述制备的斜晶型碳化硼陶瓷混合物用无水乙醇洗涤2～3次后，置于热烧结炉中，控制烧结炉内的真空度为0.1～0.2Pa后，加热升温至1400～1600℃，烧结1～2h，再以5～10℃/min速率升温至1900～2130℃，保温反应30～40min，即可制备得斜晶型碳化硼陶瓷。实例1首先按重量份数计，分别称量57份硼酸、30份碳粉、10份硼氢化钠、1份三氧化二铁和2份镁粉，搅拌混合均匀后置于坩埚中，并在氮气保护条件下，将点燃的镁带置于坩埚中，使其自然燃烧反应至坩埚中混合物呈熔融状；待混合物呈熔融状后，再向混合物中加入混合物质量3％十二烷基苯磺酸钠，搅拌混合，并对坩埚加热，控制加热温度为80℃，加热搅拌45min后，使其静置冷却至室温；再将静置冷却至室温的混合物置于搅拌机中，并用带有磁铁的搅拌器进行搅拌，控制搅拌速度为125r/min，每隔15min，取出搅拌器并清理搅拌器上的铁粉，直至搅拌器上无铁粉出现后，取出搅拌机中去铁混合物，并将去铁混合物过170目筛，得到斜晶型碳化硼陶瓷混合物；最后将上述制备的斜晶型碳化硼陶瓷混合物用无水乙醇洗涤3次后，置于热烧结炉中，控制烧结炉内的真空度为0.2Pa后，加热升温至1600℃，烧结2h，再以10℃/min速率升温至2130℃，保温反应40min，即可制备得斜晶型碳化硼陶瓷。经检测，本专利技术制备的斜晶型碳化硼陶瓷金属残留量少，减少了15％；耐腐蚀性能提高，提高了16％，且其硬度高，达到31.2GPa。实例2首先按重量份数计，分别称量40份硼酸、40份碳粉、15份硼氢化钠、2份三氧化二铁和3份镁粉，搅拌混合均匀后置于坩埚中，并在氮气保护条件下，将点燃的镁带置于坩埚中，使其自然燃烧反应至坩埚中混合物呈熔融状；待混合物呈熔融状后，再向混合物中加入混合物质量2％十二烷基苯磺酸钠，搅拌混合，并对坩埚加热，控制加热温度为70℃，加热搅拌30min后，使其静置冷却至室温；再将静置冷却至室温的混合物置于搅拌机中，并用带有磁铁的搅拌器进行搅拌，控制搅拌速度为110r/min，每隔10min，取出搅拌器并清理搅拌器上的铁粉，直至搅拌器上无铁粉出现后，取出搅拌机中去铁混合物，并将去铁混合物过150目筛，得到斜晶型碳化硼陶瓷混合物；最后将上述制备的斜晶型碳化硼陶瓷混合物用无水乙醇洗涤2次后，置于热烧结炉中，控制烧结炉内的真空度为0.1Pa后，加热升温至1400℃，烧结1h，再以5℃/min速率升温至1900℃，保温反应30min，即可制备得斜晶型碳化硼陶瓷。经检测，本专利技术制备的斜晶型碳化硼陶瓷金属残留量少，减少了10％；耐腐蚀性能提高，提高了12％，且其硬度高，达到29.3GPa。实例3首先按重量份数计，分别称量55份硼酸、30份碳粉、10份硼氢化钠、2份三氧化二铁和3份镁粉，搅拌混合均匀后置于坩埚中，并在氮气保护条件下，将点燃的镁带置于坩埚中，使其自然燃烧反应至坩埚中混合物呈熔融状；待混合物呈熔融状后，再向混合物中加入混合物质量2％十二烷基苯磺酸钠，搅拌混合，并对坩埚加热，控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种斜晶型碳化硼陶瓷的烧结方法，其特征在于具体制备步骤为：（1）按重量份数计，分别称量40～57份硼酸、30～40份碳粉、10～15份硼氢化钠、1～2份三氧化二铁和2～3份镁粉，搅拌混合均匀后置于坩埚中，并在氮气保护条件下，将点燃的镁带置于坩埚中，使其自然燃烧反应至坩埚中混合物呈熔融状；（2）待混合物呈熔融状后，再向混合物中加入混合物质量2～3％十二烷基苯磺酸钠，搅拌混合，并对坩埚加热，控制加热温度为70～80℃，加热搅拌30～45min后，使其静置冷却至室温；（3）将静置冷却至室温的混合物置于搅拌机中，并用带有磁铁的搅拌器进行搅拌，控制搅拌速度为110～125r/min，每隔10～15min，取出搅拌器并清理搅拌器上的铁粉，直至搅拌器上无铁粉出现后，取出搅拌机中去铁混合物，并将去铁混合物过150～170目筛，得到斜晶型碳化硼陶瓷混合物；（4）将上述制备的斜晶型碳化硼陶瓷混合物用无水乙醇洗涤2～3次后，置于热烧结炉中，控制烧结炉内的真空度为0.1～0.2Pa后，加热升温至1400～1600℃，烧结1～2h，再以5～10℃/min速率升温至1900～2130℃，保温反应30～40min，即可制备得斜晶型碳化硼陶瓷。...

【技术特征摘要】
1.一种斜晶型碳化硼陶瓷的烧结方法，其特征在于具体制备步骤为：（1）按重量份数计，分别称量40～57份硼酸、30～40份碳粉、10～15份硼氢化钠、1～2份三氧化二铁和2～3份镁粉，搅拌混合均匀后置于坩埚中，并在氮气保护条件下，将点燃的镁带置于坩埚中，使其自然燃烧反应至坩埚中混合物呈熔融状；（2）待混合物呈熔融状后，再向混合物中加入混合物质量2～3％十二烷基苯磺酸钠，搅拌混合，并对坩埚加热，控制加热温度为70～80℃，加热搅拌30～45min后，使其静置冷却至室温；（3）将静置冷却至室温的混合物置于搅拌机中，并用...

【专利技术属性】
技术研发人员：高大元，薛培龙，
申请(专利权)人：高大元，
类型：发明
国别省市：江苏;32