一种ZrB2-Mo梯度材料及制备方法技术

本发明专利技术属于梯度材料技术领域，具体提供了一种ZrB2‑

【技术实现步骤摘要】
一种ZrB2‑
Mo梯度材料及制备方法


[0001]本专利技术涉及梯度材料
，更具体地，涉及一种ZrB2‑
Mo梯度材料及制备方法。

技术介绍

[0002]在航空航天材料领域，超高温和巨大温差在组件内部产生了极高的热应力，对抗烧蚀和抗热冲击性能提出了严格的要求，这是单一材料无法同时满足的。与均质材料相比，功能梯度材料可以在沿厚度方向以连续或阶梯方式调整结构和组成，消除明显界面的同时可以形成相应的渐变性能。温差引起的热应力将得到很好的缓解，有望满足苛刻工作条件的要求。
[0003]ZrB2分子中存在共价键和金属键，使它具有高硬度(23GPa)，高强度(>500MPa)，高熔点(>3200℃)，抗磨损和优异抗热冲击性能。且ZrB2陶瓷材料在高温条件下(2800℃以上)具有优异的物化稳定性。经常用于超高温部件的碳基复合材料的线性烧蚀率约为0.12mm/s，无法满足火箭发动机进一步发展的要求。尽管金属或合金(如钨重合金)可以实现接近零的烧蚀，但17.8g/cm3的密度显著增加了总重量。而二硼化锆(ZrB2)是二硼化物中体密度最小(6.085g/cm3)的陶瓷材料。由于基于其独特的优势，ZrB2陶瓷被认为是超高温和轻质应用领域最有希望的材料之一。
[0004]钱余海，张鑫涛等，在专利号CN202010817268.X的专利技术专利中公开了“一种ZrB2‑
SiC
‑
VSi2超高温陶瓷复合材料及其制备方法”，该专利采用粉末冶金方法热压烧结制备得到该材料，其中双增强相SiC和VSi2颗粒均匀弥散分布于ZrB2基体中。该ZrB2‑
SiC
‑
VSi2复合材料不仅烧结制备温度较低，而且具有优异的抗高温氧化性能，此外还具有制备工艺流程简便，制备周期短等优势。郭伟明，刘秋宇等，在专利号CN201811348313.0的专利技术专利中公开了“一种高断裂韧性ZrB2‑
SiC陶瓷及其制备方法和应用”，该专利以ZrB2粉体和SiC粉体为原料制备了一种高断裂韧性ZrB2‑
SiC陶瓷。此专利技术在ZrB2‑
SiC造粒球之间形成了连续的三维网络结构。在断裂过程中，裂纹偏转效应的效果更加显著，显著改善了ZrB2‑
SiC陶瓷的断裂韧性。
[0005]但是，ZrB2陶瓷材料较难致密及热稳定性较差，限制了它在极端条件下的广泛使用。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对现有技术中存在的ZrB2陶瓷材料较难致密及热稳定性较差，限制了它在极端条件下的广泛使用的技术问题。
[0007]本专利技术提供了一种ZrB2‑
Mo梯度材料，包括两端的富ZrB2陶瓷和富Mo金属层，中间为具有梯度渐变组分的ZrB2/Mo多层复合材料层，且采取一体成型的方法烧结制备；
[0008]各所述ZrB2/Mo多层复合材料层中的梯度渐变组分采用函数进行组分的分布设计。
[0009]优选地，所述函数为线性函数或非线性函数，所述非线性函数为二次函数非线性或反比例函数。
[0010]优选地，各所述ZrB2/Mo多层复合材料层的厚度范围均为0.3～3mm。
[0011]优选地，各所述ZrB2/Mo多层复合材料层的致密度均在96％以上。
[0012]本专利技术还提供了一种ZrB2‑
Mo梯度材料的制备方法，包括以下步骤：
[0013]S1，选取ZrB2和Mo作为原材料，采用滚筒混料机进行球磨的方式按质量百分比制备各ZrB2/Mo多层复合材料层的混料粉，每一ZrB2/Mo多层复合材料层中的ZrB2和Mo的质量百分比在为0～100％之间变化；
[0014]S2，将混合粉末装入石墨模具，利用铺层法均匀铺放每一层的粉体，粉体厚度为0.3～3mm，铺好一层后用压头压实继续铺下一层，中间的ZrB2/Mo多层复合材料层的层数为0～20；
[0015]S3，将模具放入烧结炉内，烧结气氛为真空，烧结压力为50MPa；保温时间5～20分钟，烧结温度1700～1900℃，随炉冷却至室温后得到ZrB2‑
Mo梯度材料。
[0016]优选地，所述S1具体包括：球磨介质为玛瑙球，球料质量比10：1，滚筒混料机的转速为100rpm，总旋转时间为24小时；或
[0017]球磨介质为玛瑙球，球料质量比4：1，滚筒混料机的转速为40rpm，总旋转时间为12小时；或
[0018]球磨介质为玛瑙球，球料质量比5：1，滚筒混料机的转速为60rpm，总旋转时间为24小时。
[0019]优选地，所述S2具体包括：先铺入纯Mo粉末，再将不同含量的ZrB2/Mo混合粉末逐层铺垫，每铺垫一层用压头压实保证界面平整，最后铺入纯ZrB2粉末，各层粉体厚度0.3mm。
[0020]优选地，所述S2具体包括：ZrB2/Mo多层复合材料中ZrB2的质量分数按照每层5％的幅度从0％逐层增加到100％；Mo的质量分数按照每层5％的幅度从100％逐层减少到0％。
[0021]优选地，所述S3具体包括：将模具放入烧结炉内，烧结气氛为真空。升温速率100℃/min，烧结压力为50MPa；保温时间10min，烧结温度1900℃，随炉冷却至室温，得到ZrB2‑
Mo梯度材料。
[0022]有益效果：本专利技术提供的一种ZrB2‑
Mo梯度材料及制备方法，其中ZrB2‑
Mo梯度材料包括两端的富ZrB2陶瓷和富Mo金属层，中间为具有梯度渐变组分的ZrB2/Mo多层复合材料层，且采取一体成型的方法烧结制备；各所述ZrB2/Mo多层复合材料层中的梯度渐变组分采用函数进行组分的分布设计。该方案制备的ZrB2‑
Mo梯度材料与均质ZrB2/Mo复合材料相比，在相同的烧蚀环境下，能够更好地保持完整性，避免灾难性损伤，有效地缓解了陶瓷材料和金属材料之间因热膨胀系数差异引起的热应力，抗热冲击烧蚀性能大大提高。
附图说明
[0023]图1为本专利技术提供的一种ZrB2‑
Mo梯度材料制备方法的流程图；
[0024]图2为实施例4中的线性ZrB2‑
Mo梯度复合材料切割断面的电子探针图像。
具体实施方式
[0025]下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施
例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。
[0026]本专利技术涉及一种ZrB2‑
Mo梯度材料及其制备方法。该梯度材料包括两端的富ZrB2陶瓷和富Mo金属层，中间为具有梯度渐变组分的ZrB2/Mo多层复合材料层。渐变组分采用线性、二次函数非线性或反比例函数非线性等多种不同的组成分布设计，采取一体成型的方法烧结制备了ZrB2‑
Mo梯度复合材料。制得的ZrB2‑
Mo梯度材料具有宏观渐变特性和微观连续性。ZrB2‑
Mo梯度材料各层的厚度为0.3～3mm。各层材料致密度为96％以上。
[0027]如图1所示，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种ZrB2‑
Mo梯度材料，其特征在于，包括两端的富ZrB2陶瓷和富Mo金属层，中间为具有梯度渐变组分的ZrB2/Mo多层复合材料层，且采取一体成型的方法烧结制备；各所述ZrB2/Mo多层复合材料层中的梯度渐变组分采用函数进行组分的分布设计。2.根据权利要求1所述的ZrB2‑
Mo梯度材料，其特征在于，所述函数为线性函数或非线性函数，所述非线性函数为二次函数非线性或反比例函数。3.根据权利要求1所述的ZrB2‑
Mo梯度材料，其特征在于，各所述ZrB2/Mo多层复合材料层的厚度范围均为0.3～3mm。4.根据权利要求1所述的ZrB2‑
Mo梯度材料，其特征在于，各所述ZrB2/Mo多层复合材料层的致密度均在96％以上。5.根据权利要求1至3任一项所述的ZrB2‑
Mo梯度材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，选取ZrB2和Mo作为原材料，采用滚筒混料机进行球磨的方式按质量百分比制备各ZrB2/Mo多层复合材料层的混料粉，每一ZrB2/Mo多层复合材料层中的ZrB2和Mo的质量百分比在为0～100％之间变化；S2，将混合粉末装入石墨模具，利用铺层法均匀铺放每一层的粉体，粉体厚度为0.3～3mm，铺好一层后用压头压实继续铺下一层，中间的ZrB2/Mo多层复合材料层的层数为0～20；S3，将模具放入烧结炉内，烧结气氛为真空，烧结压力为50MPa；保温时间5～20分...

【专利技术属性】
技术研发人员：季伟，齐乾，傅正义，王为民，王皓，王玉成，张金咏，张帆，张清杰，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：