一种SiCw-ZrB2-ZrC陶瓷复合粉体及其制备方法技术

一种SiCw‑ZrB2‑ZrC陶瓷复合粉体，由SiC晶须和ZrB2‑ZrC陶瓷基体组成，SiC晶须均匀分散在ZrB2‑ZrC陶瓷基体周围或均匀生长在ZrB2‑ZrC陶瓷基体表面，本发明专利技术还提供了制备SiCw‑ZrB2‑ZrC陶瓷复合粉体的方法，首先合成含硼、硅、锆的陶瓷前驱体聚合物；然后将前驱体聚合物干燥、球磨，得到前驱体粉体；最后将前驱体粉体装入石墨坩埚中，在氩气保护下进行高温裂解，本发明专利技术SiC晶须ZrB2‑ZrC陶瓷基体在前驱体裂解过程中同步原位生长得到，省去了晶须的预合成与混合过程，将晶须的合成、引入以及原料粉体的制备合二为一，制备工艺简单、生产成本低，而且所得到的复合粉体形貌均一、晶须均匀分散、尺寸均匀、界面相容性良好。

A SiCw ZrB2 ZrC ceramic composite powder and preparation method thereof

A SiCw ZrB2 ZrC ceramic composite powder composed of SiC whiskers and ZrB2 ZrC ceramic matrix, SiC whisker dispersed in ZrB2 around ZrC ceramic matrix or uniform growth in ZrB2 ZrC ceramic substrate, the invention also provides a preparation method of SiCw ZrB2 ZrC ceramic composite powder. The first synthesis of ceramic precursor polymers containing boron, silicon and zirconium; then the precursor polymer drying, milling, to obtain the precursor powder; the precursor powder into the graphite crucible in high temperature cracking under the protection of argon, the invention of SiC whisker ZrB2 ZrC ceramic matrix in the precursor pyrolysis process synchronization in situ growth, whisker synthesis and pre mixing process is omitted, the whisker, and raw materials into powder preparation be made one, simple preparation process, low production cost, and the obtained complex The powder has uniform appearance, uniform dispersion of whisker, uniform size and good interfacial compatibility.

【技术实现步骤摘要】
一种SiCw-ZrB2-ZrC陶瓷复合粉体及其制备方法
本专利技术属于陶瓷材料
，特别涉及一种SiCw-ZrB2-ZrC陶瓷复合粉体及其制备方法。
技术介绍
ZrB2-ZrC等超高温陶瓷具有耐高温、抗腐蚀以及在高温环境下具有较高的保持率等优异特性，在航空航天和国防事业上发挥着越来越重要的作用。为改善陶瓷材料固有的脆性问题，设计和制备颗粒、晶须、纤维等第二相增强的陶瓷复合材料是超高温陶瓷发展的必然趋势。其中，SiC晶须(SiCw)作为有效的增强、增韧材料在近年来得到了广泛的应用。目前，晶须增强陶瓷基复合材料基本上都限于利用外加晶须混合原料粉体通过高温烧结的方法来制备，该方法仍存在以下难以克服的问题：(1)晶须及陶瓷原料粉体难以混合均匀，导致材料性能表现出不均匀性；(2)原料粉体的处理过程会对人体健康产生危害，比如，晶须的吸入会引发癌症等健康问题；(3)工艺过程复杂，生产成本居高不下。因此，实现晶须的原位生长，解决其引入及分散均匀性问题，开发出高品质原料粉体的低成本、快速制备工艺是陶瓷领域研究的重点。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种SiCw-ZrB2-ZrC陶瓷复合粉体及其制备方法，利用前驱体转化技术同步原位生长SiC晶须及ZrB2-ZrC陶瓷，解决了晶须增强陶瓷基复合材料的制备过程中SiC晶须的引入及分散均匀性问题，将晶须的合成、引入以及原料粉体的制备合二为一，简化了生产工艺、提高了制备速度、降低了制备成本。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种SiCw-ZrB2-ZrC陶瓷复合粉体，由SiC晶须和ZrB2-ZrC陶瓷基体组成，SiC晶须均匀分散在ZrB2-ZrC陶瓷基体周围或均匀生长在ZrB2-ZrC陶瓷基体表面。所述SiC晶须与ZrB2-ZrC陶瓷基体的体积百分比在1:15到1:5之间。本专利技术还提供了制备所述SiCw-ZrB2-ZrC陶瓷复合粉体的方法，包括如下步骤：步骤1，合成含硼、硅、锆的陶瓷前驱体聚合物；步骤2，将所述前驱体聚合物干燥、球磨，得到前驱体粉体；步骤3，将所述前驱体粉体装入石墨坩埚中，在氩气保护下进行高温裂解。所述步骤1合成的前驱体聚合物中：硼的质量分数大于10％，硅的质量分数大于15％，锆的质量分数大于10％。所述步骤1陶瓷前驱体聚合物的合成方法可参考专利201310388263.X，基本步骤如下：1)在装有搅拌器、冷凝回流装置的三口烧瓶中加入计量比的苯酚、甲醛和氢氧化钠溶液，边搅拌边升温至60-75℃，反应0.5-1.5h；2)按质量份数为:乙醇5-30份、乙酰丙酮5-15份、氧氯化锆1-15份、双氧水1-10份配制氧氯化锆溶液；3)将1-15份的正硅酸乙酯滴加到步骤2配置好的氧氯化锆溶液中，搅拌均匀，配制氧氯化锆正硅酸乙酯溶液；4)调节油浴的温度至80-95℃，边升温边搅拌，同时滴加配制好的氧氯化锆正硅酸乙酯溶液，控制溶液的pH值为7-9，待温度达到80-95℃时，恒温反应0.5-1.5h；5)将1-10份硼酸溶解于6-60ml沸乙醇中，配制硼酸溶液；6)调节油浴的温度至100-110℃，边升温边搅拌，同时滴加配制好的硼酸溶液，控制溶液的pH值为7-9；7)待温度达到100-110℃时，保温0.5-2h后，出料；8)将上步得到的产品放入真空干燥箱中40-80℃保温3-5h，即得到硼锆硅陶瓷前驱体聚合物。所述步骤2干燥、球磨的参数要求：在60-90℃的温度下，干燥5-8小时；氧化锆为球磨介质，球磨转速为150-250r/min，干法球磨4-8h。所述步骤3高温裂解方式如下：氩气气氛保护，将复合粉体用石墨纸包裹起来，放置于石墨坩埚中，裂解温度为1600-1900℃，保温时间为60-120min，然后随炉冷却。与现有技术相比，本专利技术提出的一种SiCw-ZrB2-ZrC陶瓷复合粉体的制备方法的主要优势在于：SiC晶须ZrB2-ZrC陶瓷基体在前驱体裂解过程中同步原位生长得到，省去了晶须的预合成与混合过程，将晶须的合成、引入以及原料粉体的制备合二为一，制备工艺简单、生产成本低，而且所得到的复合粉体形貌均一、晶须均匀分散、尺寸均匀、界面相容性良好。附图说明图1是具体实施例1中制备的SiCw-ZrB2-ZrC陶瓷复合粉体的微观形貌图；其中，(a)复合粉体的SEM图；(b)ZrB2-ZrC陶瓷的SEM图；(c)SiC晶须的SEM图；(d)SiC晶须的EDS图。图2是具体实施例2中制备的SiCw-ZrB2-ZrC陶瓷复合粉体的微观形貌图；其中，(a)复合粉体的SEM图；(b)ZrB2-ZrC陶瓷的SEM图；(c)SiC晶须的SEM图；(d)SiC晶须的EDS图。具体实施方式下面结合附图和实施例详细说明本专利技术的实施方式。本专利技术技术方案不局限于以下所列的具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。实施例1一种SiCw-ZrB2-ZrC陶瓷复合粉体的制备方法，按以下步骤实现：一、合成含硼、硅、锆的陶瓷前驱体聚合物，硼源质量分数约15％，硅源质量分数约20％，锆源质量分数不低于20％。具体方法如下：(1)在装有搅拌器、冷凝回流装置的三口烧瓶中加入计量比的苯酚、甲醛和氢氧化钠溶液，边搅拌边升温至70℃，反应1h；(2)按质量份数为：乙醇20份、乙酰丙酮5份、氧氯化锆8份、双氧水5份配制氧氯化锆溶液；(3)将8份正硅酸乙酯滴加到步骤2配置好的氧氯化锆溶液中，搅拌均匀，配制氧氯化锆正硅酸乙酯溶液；(4)调节油浴的温度至90℃，边升温边搅拌，同时滴加配制好的氧氯化锆正硅酸乙酯溶液，控制溶液的pH值为8，待温度达到90℃时，恒温反应1.5h；(5)将5份硼酸溶解于30ml沸乙醇中，配制硼酸溶液；(6)调节油浴的温度至107℃，边升温边搅拌，同时滴加配制好的硼酸溶液，控制溶液的pH值为8；(7)待温度达到107℃时，保温1h后，出料；(8)将上步得到的产品放入真空干燥箱中60℃保温4，即得到硼锆硅陶瓷前驱体聚合物。二、将前驱体聚合物在80℃下干燥6个小时，球磨，得到前驱体粉体；三、将前驱体粉体装入石墨坩埚中，在氩气保护下进行1800℃高温裂解，升温速率为10℃/min，保温2小时。本实施例所制备出来的复合粉体的微观形貌如图1所示。图1(a)为所制备出来的SiCw-ZrB2-ZrC陶瓷复合粉体的形貌图；图1(b)为ZrB2-ZrC陶瓷基体的微观形貌图；图1(c)为SiC晶须的微观形貌图；图1(d)为SiC晶须的能谱图。由图可见，ZrB2和ZrC陶瓷相均匀分部，所制备的SiC晶须纯度较高，尺寸均一，同时SiC晶须均匀地分散在ZrB2-ZrC陶瓷基体周围。因而，采用该工艺能够原位生长出SiC晶须，且均匀地分散在基体中，从而解决了SiC晶须的合成与引入，以及晶须分散均匀性难以控制的问题。实施例2一种SiCw-ZrB2-ZrC陶瓷复合粉体的制备方法，按以下步骤实现：一、合成含硼、硅、锆的陶瓷前驱体聚合物，硼源质量分数约25％，硅源质量分数约30％，锆源质量分数不低于20％。具体方法如下：(1)在装有搅拌器、冷凝回流装置的三口烧瓶中加入计量比的苯酚、甲醛和氢氧化钠溶液，边搅拌边升温至70℃，反应1h；(2)按质量份数为：乙醇18份、乙酰丙酮5份、氧氯化锆6份、双氧水本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种SiCw‑ZrB2‑ZrC陶瓷复合粉体，其特征在于，由SiC晶须和ZrB2‑ZrC陶瓷基体组成，SiC晶须均匀分散在ZrB2‑ZrC陶瓷基体周围或均匀生长在ZrB2‑ZrC陶瓷基体表面。

【技术特征摘要】
1.一种SiCw-ZrB2-ZrC陶瓷复合粉体，其特征在于，由SiC晶须和ZrB2-ZrC陶瓷基体组成，SiC晶须均匀分散在ZrB2-ZrC陶瓷基体周围或均匀生长在ZrB2-ZrC陶瓷基体表面。2.根据权利要求1所述SiCw-ZrB2-ZrC陶瓷复合粉体，其特征在于，所述SiC晶须与ZrB2-ZrC陶瓷基体的体积百分比在1:15到1:5之间。3.制备权利要求1所述SiCw-ZrB2-ZrC陶瓷复合粉体的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，合成含硼、硅、锆的陶瓷前驱体聚合物；步骤2，将所述前驱体聚合物干燥、球磨，得到前驱体粉体；步骤3，将所述前驱体粉体装入石墨坩埚中，在氩气保护下进行高温裂解。4.根据权利要求3所述制备SiCw-ZrB2-ZrC陶瓷复合粉体的方法，其特征在于，所述步骤1合成的前驱体聚合物中：硼的质量分数大于10％，硅的质量分数大于15％，锆的质量分数大于10％。5.根据权利要求3所述制备SiCw-ZrB2-ZrC陶瓷复合粉体的方法，其特征在于，所述步骤1陶瓷前驱体聚合物的合成方法如下：1)在装有搅拌器、冷凝回流装置的三口烧瓶中加入计量比的苯酚、甲醛和氢氧化钠溶液，边搅拌边升温至60-75℃，反应0.5-1.5h；2)按质量份数为:乙醇5-30份、乙酰丙酮5-15份、氧氯化锆...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘长青，李旭，张露月，伍媛婷，王秀峰，刘虎林，张新孟，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61