一种碳化硼陶瓷复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种碳化硼陶瓷复合材料及其制备方法，属于陶瓷材料技术领域。该碳化硼陶瓷复合材料的制备方法包括以下步骤：碳化硼和二硼化钛混在一起，并添加有机溶剂进行球磨处理，得到浆料；对上述浆料进行真空烘干，得到原料粉末；将上述原料粉末置于2000～2200℃的真空条件下进行热压烧结，得到所述的碳化硼陶瓷复合材料。本发明专利技术通过采用在碳化硼中添加二硼化钛作为烧结助剂，利用二硼化钛与碳化硼发生共晶反应，强化固溶和再结晶过程，促进元素扩散和烧结全致密化，从而可以提升碳化硼陶瓷复合材料的抗弯强度和断裂韧性，以获得具有全致密和高力学性能的碳化硼陶瓷复合材料。

A boron carbide ceramic composite and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硼陶瓷复合材料及其制备方法
本专利技术涉及陶瓷材料
，具体是一种碳化硼陶瓷复合材料及其制备方法。
技术介绍
作为一种综合性能优异的新型陶瓷材料，碳化硼具有低密度、超高硬度、耐磨、耐高温、良好的化学稳定性及中子吸收能力等优良性能而被广泛的用作防弹装甲、高温耐磨材料、发动机喷嘴、反应堆控制材料和屏蔽材料。由于碳化硼中共价键含量高达90％以上，并且其自扩散系数低，因此，目前的碳化硼陶瓷材料很难达到高致密度，其存在强度及韧性偏低等问题，难以满足现在实际应用中对高性能陶瓷材料的要求，并且碳化硼单相陶瓷韧性不足，这都极大地限制了碳化硼陶瓷的应用发展。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种碳化硼陶瓷复合材料的制备方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术实施例提供如下技术方案：一种碳化硼陶瓷复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1、按照质量分数计，称取以下组分：碳化硼65％～90％、二硼化钛10％～35％，各组分的质量分数之和为100％，备用；S2、将上述称取的碳化硼和二硼化钛混在一起，并添加有机溶剂进行球磨处理，得到浆料；S3、对上述浆料进行真空烘干，得到原料粉末；S4、将上述原料粉末置于2000～2200℃的真空条件下进行热压烧结，得到所述的碳化硼陶瓷复合材料。作为本专利技术实施例提供的一种优选方案，所述碳化硼的平均粒径为0.3～5μm；所述二硼化钛的平均粒径为0.1～3μm。作为本专利技术实施例提供的另一种优选方案，所述的步骤S2中，有机溶剂为无水乙醇，球磨处理时的球料比为(2～8):1，球磨转速为200～500r/min。作为本专利技术实施例提供的另一种优选方案，所述的步骤S4具体包括以下步骤：S41、将上述原料粉末装入石墨模具内；S42、将上述装有原料粉末的石墨模具置于真空条件下，并升温至2000～2200℃后，再进行热压烧结，得到所述的碳化硼陶瓷复合材料。作为本专利技术实施例提供的另一种优选方案，所述的步骤S41中，石墨模具与原料粉末之间隔有一层0.1～0.5mm厚度的石墨纸。作为本专利技术实施例提供的另一种优选方案，所述的步骤S42中，升温的过程为：先以10～30℃/min的升温速率将温度升至1600～1900℃后，再以5～10℃/min的升温速率将温度升至2000～2200℃。作为本专利技术实施例提供的另一种优选方案，所述的步骤S42中，热压烧结时加压的压力为10～90MPa。本专利技术实施例的另一目的在于提供一种采用上述制备方法制得的碳化硼陶瓷复合材料。作为本专利技术实施例提供的另一种优选方案，所述碳化硼陶瓷复合材料的致密度大于99.9％；所述碳化硼陶瓷复合材料的抗弯强度为450～550MPa；所述碳化硼陶瓷复合材料的断裂韧性为5～6MPa·m1/2。与现有技术相比，本专利技术实施例的有益效果是：本专利技术实施例提供的一种碳化硼陶瓷复合材料的制备方法，原料简单、工艺简单，其通过采用在碳化硼中添加二硼化钛作为烧结助剂，利用二硼化钛与碳化硼发生共晶反应，强化固溶和再结晶过程，促进元素扩散和烧结全致密化。其中，未反应的二硼化钛会导致碳化硼陶瓷裂纹的偏转和桥连，从而可以提升碳化硼陶瓷复合材料的抗弯强度和断裂韧性，以获得具有全致密和高力学性能的碳化硼陶瓷复合材料。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1该实施例提供了一种碳化硼陶瓷复合材料的制备方法，其包括以下步骤：(1)称取以下组分：碳化硼32.5g、二硼化钛17.5g，备用。其中，碳化硼的纯度为99wt％，平均粒径为0.3μm；二硼化钛的纯度为98.5wt％，平均粒径为0.1μm。(2)将上述称取的碳化硼和二硼化钛混在一起置于球磨机中，并往球磨机中添加25mL无水乙醇和100g磨球进行球磨处理2h，得到浆料；其中，球磨的转速为200r/min。(3)将上述浆料置于50℃的真空烘箱进行真空烘干24h，得到原料粉末；(4)将上述原料粉末装入石墨模具内，其中石墨模具与原料粉末之间隔有一层0.1mm厚度的石墨纸。(5)将上述装有原料粉末的石墨模具置于真空热压炉中，并以10℃/min的升温速率将真空热压炉的温度升至1600℃后，再以5℃/min的升温速率将真空热压炉的温度升至2000℃，然后对石墨模具内的原料粉末进行加压，并保温保压1h后，再自然冷却至室温，即可得到碳化硼陶瓷复合材料。其中，该步骤加压的压力为10MPa。另外，该碳化硼陶瓷复合材料可以作为反应堆控制材料、高温耐磨材料或者装甲材料等等。实施例2该实施例提供了一种碳化硼陶瓷复合材料的制备方法，其包括以下步骤：(1)称取以下组分：碳化硼45g、二硼化钛5g，备用。其中，碳化硼的纯度为99.5wt％，平均粒径为5μm；二硼化钛的纯度为99wt％，平均粒径为3μm。(2)将上述称取的碳化硼和二硼化钛混在一起置于球磨机中，并往球磨机中添加25mL无水乙醇和400g磨球进行球磨处理20h，得到浆料；其中，球磨的转速为500r/min。(3)将上述浆料置于80℃的真空烘箱进行真空烘干12h，得到原料粉末。(4)将上述原料粉末装入石墨模具内，其中石墨模具与原料粉末之间隔有一层0.5mm厚度的石墨纸。(5)将上述装有原料粉末的石墨模具置于真空热压炉中，并以30℃/min的升温速率将真空热压炉的温度升至1900℃后，再以10℃/min的升温速率将真空热压炉的温度升至2200℃，然后对石墨模具内的原料粉末进行加压，并保温保压2.5h后，再自然冷却至室温，即可得到碳化硼陶瓷复合材料。其中，该步骤加压的压力为90MPa。另外，该碳化硼陶瓷复合材料可以作为反应堆控制材料、高温耐磨材料或者装甲材料等等。实施例3该实施例提供了一种碳化硼陶瓷复合材料的制备方法，其包括以下步骤：(1)称取以下组分：碳化硼40g、二硼化钛10g，备用。其中，碳化硼的纯度为99.2wt％，平均粒径为3μm；二硼化钛的纯度为98.8wt％，平均粒径为2μm。(2)将上述称取的碳化硼和二硼化钛混在一起置于球磨机中，并往球磨机中添加25mL无水乙醇和250g磨球进行球磨处理18h，得到浆料；其中，球磨的转速为300r/min。(3)将上述浆料置于70℃的真空烘箱进行真空烘干18h，得到原料粉末。(4)将上述原料粉末装入石墨模具内，其中石墨模具与原料粉末之间隔有一层0.3mm厚度的石墨纸。(5)将上述装有原料粉末的石墨模具置于真空热压炉中，并以20℃/min的升温速率将真空热压炉的温度升至1800℃后，再以8本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳化硼陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、按照质量分数计，称取以下组分：碳化硼65％～90％、二硼化钛10％～35％，各组分的质量分数之和为100％，备用；/nS2、将上述称取的碳化硼和二硼化钛混在一起，并添加有机溶剂进行球磨处理，得到浆料；/nS3、对上述浆料进行真空烘干，得到原料粉末；/nS4、将上述原料粉末置于2000～2200℃的真空条件下进行热压烧结，得到所述的碳化硼陶瓷复合材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种碳化硼陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、按照质量分数计，称取以下组分：碳化硼65％～90％、二硼化钛10％～35％，各组分的质量分数之和为100％，备用；
S2、将上述称取的碳化硼和二硼化钛混在一起，并添加有机溶剂进行球磨处理，得到浆料；
S3、对上述浆料进行真空烘干，得到原料粉末；
S4、将上述原料粉末置于2000～2200℃的真空条件下进行热压烧结，得到所述的碳化硼陶瓷复合材料。


2.根据权利要求1所述的一种碳化硼陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，所述碳化硼的平均粒径为0.3～5μm；所述二硼化钛的平均粒径为0.1～3μm。


3.根据权利要求1所述的一种碳化硼陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤S2中，有机溶剂为无水乙醇，球磨处理时的球料比为(2～8):1，球磨转速为200～500r/min。


4.根据权利要求1所述的一种碳化硼陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤S4具体包括以下步骤：
S41、将上述原...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宗泉，田陆，
申请(专利权)人：北京镭硼科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11