一种致密化硼化锆-碳化硅复合陶瓷的制备方法技术

本发明专利技术提供一种致密化硼化锆‑碳化硅复合陶瓷的制备方法，所述复合陶瓷的原料中，ZrB

【技术实现步骤摘要】
一种致密化硼化锆-碳化硅复合陶瓷的制备方法
本专利技术属于陶瓷材料
，具体涉及一种致密化硼化锆-碳化硅复合陶瓷的制备方法。
技术介绍
复合陶瓷具有强度高、导热良好、电阻小、抗高温氧化、耐化学腐蚀、耐热震性好等优良的特性，被用在切削刀具、耐磨部件、电极材料、热电偶保护管等领域。但是硼化锆属于超硬材料，原子自扩散系数小，难以烧结致密化。目前，虽然使用热压、SPS、自蔓延等烧结方式可以获得致密化的硼化锆-碳化硅复合陶瓷；但是，硼化锆-碳化硅复合陶瓷的形状和数量受到限制，难以实现大规模产业化生产，导致了硼化锆-碳化硅复合陶瓷的实际应用领域比较狭窄。CN101602597B公开一种硼化锆-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，硼化锆-碳化硅-碳黑三元高韧化超高温陶瓷基复合材料按体积比由50％～75％的硼化锆粉末、20％的碳化硅粉末和5％～30％的碳黑粉末制成，经烘干研磨烧结后，得到的陶瓷基复合材料强度为132.03～695.54MPa，断裂韧性为2.01～6.57MPa·m1/2。但是，该技术采用常规的热压烧结工艺，采用热压烧结工艺，产品上下两面要承受很大的压力，产品的形状往往是板材或片材，形状简单不能复杂，所以形状受到限制；此外，由于产品受压的原因，每一批次烧结的产品数量也会受到限制。热压烧结工艺，样品虽然能获得较高的综合性能，但是样品的形状、尺寸和数量受到了极大的限制，不适用于规模化大批量生产。
技术实现思路
为解决现有技术存在的问题，对现有工艺进行进一步优化，本专利技术提供一种致密化硼化锆-碳化硅复合陶瓷的制备方法，以实现制备具有高致密度、形状可塑性强、便于大规模量产的硼化锆-碳化硅复合陶瓷的专利技术目的。为解决以上技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种致密化硼化锆-碳化硅复合陶瓷的制备方法，其特征在于，所述复合陶瓷的原料，包括ZrB2粉、碳化钛粉、烧结助剂、锆源、碳化硼和C源，ZrB2粉、碳化钛粉、烧结助剂、锆源、碳化硼、C源的质量配比为(30-75):(5-45):(0-5):(0-30):(10-35):(5-25)；所述锆源可以是锆粉、ZrO2粉、硅酸锆中的一种或几种；所述C源可以是酚醛树脂、石墨粉、炭黑、石墨烯中的一种或几种；所述烧结助剂可以是氧化钙、氧化镁、氧化钇、氧化铈、氧化镧、碳化钨、碳化钛、氧化铝、氧化硅、氮化硅、氮化铝中的一种或几种；所述ZrB2粉平均粒度为0.5~5μm，纯度大于99%；所述碳化硅粉平均粒度为0.5~3μm，纯度大于99.5%；所述制备方法，包括以下步骤：（1）将原料、结合剂与液体介质一起混合成浆料，在球磨罐中球磨；（2）将混合浆料进行喷雾造粒或在40~100℃干燥箱中烘干后手工过筛造粒；（3）将造粒粉放入模具中，经过模压成型制成陶瓷生坯；（4）将压制好的陶瓷生坯放入100~250℃干燥箱中干燥；（5）将生坯放入高温烧结中，1800~2200℃下反应烧结获得致密化ZrB2-SiC复合陶瓷材料；所述混合成浆，原料、结合剂和液体介质的质量比为100：(15-25):(100-180)；所述结合剂可以是酚醛树脂、PVA或PVB；所述液体介质可以是水或丙酮或乙醇；所述过筛造粒，筛网规格为40~100目；所述模压成型，压力为100~250MPa；所述烧结气氛可以是真空、氩气、氢气中的一种或两种。本专利采用无压烧结工艺，制备样品的形状、尺寸和数量不受限制；在原料中，引入烧结助剂，有利于形成液相，促进颗粒之间重新排列，便于形成烧结颈，从而降低烧结温度；且在原料中，引入锆源、硼源和C源，通过原位反应合成硼化锆，在硼化锆陶瓷基体中合成超细的硼化锆晶粒，提高了硼化锆的烧结活性，而且超细的硼化锆颗粒对陶瓷基体和形成的液相均有弥散强化作用，有利于致密化，本专利技术无压烧结工艺得到的复合陶瓷综合性能与热压烧结的相近，适用于规模化大批量生产。采用上述技术方案，本专利技术的有益效果为：1、采用本专利技术致密化硼化锆-碳化硅复合陶瓷的制备方法，在原料中，引入锆源、硼源和C源，通过原位反应，在硼化锆陶瓷基体中合成超细的硼化锆晶粒，提高了硼化锆的烧结活性，有利于致密化，相对密度达到95-99%；2、采用本专利技术致密化硼化锆-碳化硅复合陶瓷的制备方法，在原料中，引入烧结助剂，有利于形成液相，促进颗粒之间重新排列，便于形成烧结颈，从而降低了烧结温度，烧结温度在2100-2200℃；3、采用本专利技术致密化硼化锆-碳化硅复合陶瓷的制备方法，提高了复合陶瓷的弯曲强度和断裂韧性，弯曲强度达到584-706MPa，断裂韧性达到5.92-6.69MPa·m1/2；4、采用本专利技术致密化硼化锆-碳化硅复合陶瓷的制备方法，降低了硼化锆-碳化硅复合陶瓷的气孔率，气孔率为0.24-0.87%；同时维氏硬度达到23.66-25.24GPa；5、采用本专利技术致密化硼化锆-碳化硅复合陶瓷的制备方法，硼化锆-碳化硅复合陶瓷材料的电阻率可达到3.12×10-6-9.48×10-5Ω·m；6、本专利技术采用无压烧结工艺，可以制备出形状可塑的产品，工艺简单，对设备要求度低，便于大规模自动化生产，产品成本低且性能高，具有巨大的市场实用价值。说明书附图图1为本专利技术实施例中制备的ZrB2-SiC复合陶瓷材料条状样品实物图，图中(a)为实施例1的ZrB2-SiC复合陶瓷材料条状样品实物图，(b)为实施例2的ZrB2-SiC复合陶瓷材料条状样品实物图，(c)为实施例3的ZrB2-SiC复合陶瓷材料条状样品实物图，(d)为实施例4的ZrB2-SiC复合陶瓷材料条状样品实物图。图2为本专利技术实施例中制备的ZrB2-SiC复合陶瓷材料X射线衍射图，图中(a)为实施例1的ZrB2-SiC复合陶瓷材料X射线衍射图，(b)为实施例2的ZrB2-SiC复合陶瓷材料X射线衍射图，(c)为实施例3的ZrB2-SiC复合陶瓷材料X射线衍射图，(d)为实施例4的ZrB2-SiC复合陶瓷材料X射线衍射图。图3为本专利技术实施例1的ZrB2-SiC复合陶瓷材料金相显微图。图4为本专利技术实施例2的ZrB2-SiC复合陶瓷材料扫描电镜照片图。图5为本专利技术实施例3的ZrB2-SiC复合陶瓷材料扫描电镜照片图。图6为本专利技术实施例4的ZrB2-SiC复合陶瓷材料扫描电镜照片图。具体实施方式：下面结合具体的实施例，进一步阐述本专利技术。实施例1一种致密化硼化锆-碳化硅复合陶瓷的制备方法，步骤如下：（1）按质量比，将ZrB2粉、碳化硅、烧结助剂碳化钛、ZrO2粉、碳化硼粉、炭黑=45:35:5:25:10:9混合成混合粉料，将混合粉料、浓度为5%PVA溶液的结合剂、液体介质去离子水=100:25:160一起混合成浆料，在球磨罐中球磨；所述ZrB2粉，平均粒度1μm；所述碳化硅粉，平均粒度为0.5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种致密化硼化锆-碳化硅复合陶瓷的制备方法，其特征在于，所述复合陶瓷的原料，包括ZrB

【技术特征摘要】
1.一种致密化硼化锆-碳化硅复合陶瓷的制备方法，其特征在于，所述复合陶瓷的原料，包括ZrB2粉、碳化钛粉、烧结助剂、锆源、碳化硼和C源，ZrB2粉、碳化钛粉、烧结助剂、锆源、碳化硼、C源的质量配比为(30-75):(5-45):(0-5):(0-30):(10-35):(5-25)。


2.根据权利要求1所述的制备方，其特征在于，所述锆源可以是锆粉、ZrO2粉、硅酸锆中的一种或几种。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述C源可以是酚醛树脂、石墨粉、炭黑、石墨烯中的一种或几种。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述烧结助剂可以是氧化钙、氧化镁、氧化钇、氧化铈、氧化镧、碳化钨、碳化钛、氧化铝、氧化硅、氮化硅、氮化铝中的一种或几种。


5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述ZrB2粉平均粒度为0.5-5μm，纯度大于99%；碳化硅粉平均粒度为0.5-...

【专利技术属性】
技术研发人员：茹红强，孙卫康，王春华，
申请(专利权)人：山东东大新材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37