一种制备碳化硼陶瓷材料的方法技术

一种制备碳化硼陶瓷材料的方法，按以下步骤进行：（1）将B4C混合粉体与粘结剂混合均匀，选取粒度在24~60目间的颗粒作为模压物料；（2）在100~300MPa的压力下模压成形，再在300~500℃干燥10~12h；（3）将素坯作为骨架，采用Si作为熔渗剂，进行真空熔渗，获得碳化硼陶瓷材料。本发明专利技术的方法步骤简单、温度要求低，在较低制备成本的条件下能够获得致密度高的碳化硼陶瓷复合材料，并且本发明专利技术的方法能够生产各种形状复杂的产品，易于在碳化硼陶瓷材料制造领域推广应用。

A method for preparing boron carbide ceramic materials

A method for preparation of boron carbide ceramic materials, according to the following steps: (1) B4C mixed powder and binder are mixed evenly, the particle size in the 24~60 project between the as moulded materials; (2) under 100~300MPa pressure molding, and then drying at 300~500 DEG 10~12h; (3) the Su blank as a skeleton, using Si as infiltration agent, vacuum infiltration, obtain the boron carbide ceramic materials. The method is simple, low temperature, can be obtained by boron carbide ceramic composite material of high density preparation conditions in low cost system, and the method of the invention can produce various kinds of complicated products, easy popularization and application in the field of boron carbide ceramic materials.

【技术实现步骤摘要】
一种制备碳化硼陶瓷材料的方法
本专利技术属于材料
，特别涉及一种制备碳化硼陶瓷材料的方法。
技术介绍
碳化硼（B4C）陶瓷由于具有低密度、超硬度、高熔点、耐化学腐蚀和良好的中子吸收能力等特点，在军工、机械、化工、航天航空和能源等行业具有广泛的用途。目前的碳化硼产品主要使用无压烧结和热压烧结方法制备，无压烧结步骤包括混料、成型和烧结，其烧结温度一般在2000℃左右，经无压烧结制造的碳化硼制品的致密度低，而导致其技术性能指标不能满足各类产品的要求；另外在碳化硼陶瓷中添加第二相（如TiB2、ZrB2和SiC等）形成颗粒增强的B4C基陶瓷复合材料，可增加碳化硼陶瓷的断裂韧性，然而由于其在烧结过程中的变形、开裂和高成本，使其在实际生产中也遇到了许多困难；热压烧结方法是制造高致密度碳化硼制品的主要方法，步骤包括混料和热压烧结；其烧结温度一般也在1800℃以上，而且热压法的成本较高，另外采用热压方法很难加工形状复杂的构件；以上问题使碳化硼陶瓷材料的推广应用受到了很大的限制。
技术实现思路
针对现有碳化硼陶瓷复合材料制备方法存在的问题，本专利技术提供一种制备碳化硼陶瓷材料的方法，通过先将原料模压成形，再进行无压真空渗硅，在烧结温度低，烧结过程无形变的情况下，制成性能稳定的碳化硼陶瓷复合材料。本专利技术的方法按以下步骤进行：1、将B4C混合粉体与粘结剂混合均匀，混合比例为粘结剂占B4C混合粉体总重量的6~8%，制成粘结物料，将粘结物料进行过筛，选取粒度在24~60目间的颗粒作为模压物料；2、将模压物料在100~300MPa的压力下模压成形，再在300~500℃干燥10~12h，获得素坯；3、将素坯作为骨架，采用Si作为熔渗剂，进行真空熔渗，熔渗过程是先以8~10℃/min的速度升温至1400~1500℃，然后保温40~60min，获得碳化硼陶瓷材料。上述的B4C混合粉体的制备方法为：将碳源、B4C粉末和水均匀混合，混合比例按碳源中的C元素与B4C粉末的重量比为1:（7~16），碳源中的C元素与水的重量比为1:（8~16），然后烘干去除水分，制成B4C混合粉体；上述的碳源为酚醛树脂。上述的B4C粉末粒度在0.5mm以下。上述的粘结剂选用重量浓度为5~10%的聚乙烯醇水溶液。上述的烘干去除水分是指在110~120℃条件下烘干10~12h。上述方法中进行真空熔渗时的真空度≤100Pa。上述的碳化硼陶瓷材料的相组成为B4C、SiC、Si、B13C2和B12.97Si0.03C2。上述的碳化硼陶瓷材料的维氏硬度在18~20GPa，抗弯强度在330~370MPa，断裂韧性在3.2~3.4MPa·m1/2，开口气孔率在0.3~0.5%，体积密度为2.4~2.6g/cm3，相对密度为98.72~99.78%。本专利技术的原理是采用具有反应活性的液态硅浸渗剂，在毛细管力的作用下渗入含碳的多孔碳化硼陶瓷素坯，并与其中碳反应生成碳化硅，浸渗剂填充素坯中的原有气孔，完成致密化过程。本专利技术的方法步骤简单、温度要求低，在较低制备成本的条件下能够获得致密度高的碳化硼陶瓷复合材料，在制备过程中样品尺寸变化<0.1%，属净尺寸烧结；并且本专利技术的方法能够生产各种形状复杂的产品，易于在碳化硼陶瓷材料制造领域推广应用。具体实施方式本专利技术实施例中烘干去除水分的方法是指在110~120℃条件下烘干10~12h。本专利技术实施例中的碳化硼陶瓷材料的维氏硬度在18~20GPa，抗弯强度在330~370MPa，断裂韧性在3.2~3.4MPa·m1/2，开口气孔率在0.3~0.5%，体积密度为2.4~2.6g/cm3，相对密度为98.72~99.78%。本专利技术实施例中的碳化硼陶瓷材料的相组成为B4C、SiC、Si、B13C2和B12.97Si0.03C2。本专利技术实施例中进行真空熔渗时的真空度≤100Pa。本专利技术实施例中烘干去除水分是指在110~120℃条件下烘干10~12h。本专利技术实施例中的B4C粉末粒度在0.5mm以下。本专利技术实施例中的粘结剂选用重量浓度为5~10%的聚乙烯醇水溶液。实施例1将B4C混合粉体与粘结剂混合均匀，混合比例为粘结剂占B4C混合粉体总重量的6%，制成粘结物料，将粘结物料进行过筛，选取粒度在24~60目间的颗粒作为模压物料；将模压物料在100MPa的压力下模压成形，再在500℃干燥10h，获得素坯；将素坯作为骨架，采用Si作为熔渗剂，进行真空熔渗，熔渗过程是先以8~10℃/min的速度升温至1400℃，然后保温60min，获得碳化硼陶瓷材料；B4C混合粉体的制备方法为：将碳源、B4C粉末和水均匀混合，混合比例按碳源中的C元素与B4C粉末的重量比为1:7，碳源中的C元素与水的重量比为1:8，然后烘干去除水分，制成B4C混合粉体；上述的碳源为酚醛树脂。实施例2将B4C混合粉体与粘结剂混合均匀，混合比例为粘结剂占B4C混合粉体总重量的7%，制成粘结物料，将粘结物料进行过筛，选取粒度在24~60目间的颗粒作为模压物料；将模压物料在200MPa的压力下模压成形，再在400℃干燥11，获得素坯；将素坯作为骨架，采用Si作为熔渗剂，进行真空熔渗，熔渗过程是先以8~10℃/min的速度升温至1450℃，然后保温50min，获得碳化硼陶瓷材料；B4C混合粉体的制备方法为：将碳源、B4C粉末和水均匀混合，混合比例按碳源中的C元素与B4C粉末的重量比为1:12，碳源中的C元素与水的重量比为1:12，然后烘干去除水分，制成B4C混合粉体；上述的碳源为酚醛树脂。实施例3将B4C混合粉体与粘结剂混合均匀，混合比例为粘结剂占B4C混合粉体总重量的8%，制成粘结物料，将粘结物料进行过筛，选取粒度在24~60目间的颗粒作为模压物料；将模压物料在300MPa的压力下模压成形，再在300℃干燥12h，获得素坯；将素坯作为骨架，采用Si作为熔渗剂，进行真空熔渗，熔渗过程是先以8~10℃/min的速度升温至1500℃，然后保温40min，获得碳化硼陶瓷材料；B4C混合粉体的制备方法为：将碳源、B4C粉末和水均匀混合，混合比例按碳源中的C元素与B4C粉末的重量比为1:16，碳源中的C元素与水的重量比为1:16，然后烘干去除水分，制成B4C混合粉体；上述的碳源为酚醛树脂。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备碳化硼陶瓷材料的方法，其特征在于按以下步骤进行：（1）将B4C混合粉体与粘结剂混合均匀，混合比例为粘结剂占B4C混合粉体总重量的6~8%，制成粘结物料，将粘结物料进行过筛，选取粒度在24~60目间的颗粒作为模压物料；（2）将模压物料在100~300MPa的压力下模压成形，再在300~500℃干燥10~12h，获得素坯；（3）将素坯作为骨架，采用Si作为熔渗剂，进行真空熔渗，熔渗过程是先以8~10℃/min的速度升温至1400~1500℃，然后保温40~60min，获得碳化硼陶瓷材料。

【技术特征摘要】
1.一种制备碳化硼陶瓷材料的方法，其特征在于按以下步骤进行：（1）将B4C混合粉体与粘结剂混合均匀，混合比例为粘结剂占B4C混合粉体总重量的6~8%，制成粘结物料，将粘结物料进行过筛，选取粒度在24~60目间的颗粒作为模压物料；（2）将模压物料在100~300MPa的压力下模压成形，再在300~500℃干燥10~12h，获得素坯；（3）将素坯作为骨架，采用Si作为熔渗剂，进行真空熔渗，熔渗过程是先以8~10℃/min的速度升温至1400~1500℃，然后保温40~60min，获得碳化硼陶瓷材料。2.根据权利要求1所述的一种制备碳化硼陶瓷材料的方法，其特征在于所述的B4C混合粉体的制备方法为：将碳源、B4C粉末和水均匀混合，混合比例按碳源中的C元素...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈广新，
申请(专利权)人：陈广新，
类型：发明
国别省市：辽宁,21