一种晶须增强碳化硼复合陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种晶须增强碳化硼复合陶瓷，包括如下重量份的组分：碳化硼粉体50~99.5份、晶须0.5~20份、烧结助剂0

【技术实现步骤摘要】
一种晶须增强碳化硼复合陶瓷及其制备方法


[0001]本专利技术属于陶瓷材料的
，具体涉及一种晶须增强碳化硼复合陶瓷及其制备方法。

技术介绍

[0002]碳化硼陶瓷有极高的硬度和低密度特点，是公认最优秀的防弹材料之一，尤其在单兵防弹、航空装甲等对重量敏感的领域，有绝对优势。
[0003]碳化硼防弹陶瓷的主要制备工艺有：反应烧结、无压烧结和热压烧结。其中，反应烧结和无压烧结制备碳化硼陶瓷，具有力学性能较差、性能不稳定等缺点，整体防弹性能较差，应用较少。市场上碳化硼陶瓷生产方法基本上是热压烧结。热压烧结碳化硼防弹陶瓷致密度、力学性能稳定，但其韧性依然较差，防多弹、重弹性能不够。
[0004]中国专利技术专利200610042047.X中公开了一种“碳化硼基复合防弹陶瓷及其制备方法”，该陶瓷由碳化硼粉体、碳化硅晶须、硅粉、硼化物（硼矸、硼酸、金属硼）组成，采用热压烧结，经过高温反应后，得到碳化硼—六硼化硅—碳化硅复合陶瓷。很明显，此类技术面临着反应不完全，微观结构不均匀，从而导致材料硬度低、可靠性低等问题，很难应用在防弹等高要求领域。

技术实现思路

[0005]（一）要解决的技术问题为了解决现有技术的上述问题，本专利技术提供了一种晶须增强碳化硼复合陶瓷，通过添加晶须、烧结助剂和增强剂，所制备的晶须增强碳化硼复合陶瓷具有低密度、高硬度、高强度、高韧性和高弹性模量的特点。本专利技术还提供了晶须增强碳化硼复合陶瓷的制备方法，该制备方法能够完成对晶须增强碳化硼复合陶瓷的低温烧结，并赋予晶须增强碳化硼复合陶瓷更高的致密度、硬度、韧性和强度，同时降低烧结温度，降低生产成本。
[0006]（二）技术方案为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：根据本专利技术的第一方面：一种晶须增强碳化硼复合陶瓷，包括如下重量份的组分：碳化硼粉体：50~99.5份晶须：0.5~20份烧结助剂：0
‑
10份增强剂：0
‑
20份其中：所述碳化硼粉体的平均粒径为0.3~1.5μm，所述烧结助剂的平均粒径为0.2~3μm，所述增强剂的平均粒径为0.2~3μm。
[0007]进一步地，包括如下重量份的组分：碳化硼粉体：70~95份
晶须：5~10份烧结助剂：0
‑
10份增强剂：0
‑
20份。
[0008]进一步地，所述晶须为SiC、BN和SiBCN中的至少一种，所述晶须的直径为0.3~1.5μm，长径比为5~100。
[0009]进一步地，所述烧结助剂为硼粉、碳粉、TiO2、MgO、Al2O3、Y2O3、Ce2O3、Sm2O3中的至少一种。
[0010]进一步地，所述增强剂为TiB2、TiN、TiC、Ti（C,N）、ZrB2、WC、SiC和硼化钨中的至少一种。
[0011]根据本专利技术的另一方面，一种用于制备上述的晶须增强碳化硼复合陶瓷的方法，包括下述步骤：S1：混料：将碳化硼粉体、晶须、烧结助剂和增强剂混匀，得到浆料；S2：干燥：将浆料喷雾造粒，得到混合粉体；S3：成型：将混合粉体压制成型，得到素坯；S4：热压烧结：将素坯进行热压烧结，得到晶须增强碳化硼复合陶瓷。
[0012]进一步地，步骤S1中，所述混匀包括如下步骤：S11：将碳化硼粉体、晶须、烧结助剂和增强剂加入去离子水中，超声分散10分钟，得到混合分散液体；S12：将混合分散液体和研磨球放入球磨机，球料比为1:1，球磨10小时，得到浆料。
[0013]进一步地，步骤S2中，浆料喷雾造粒后的干燥温度为200~300℃，干燥后得到混合粉体。
[0014]进一步地，步骤S3中，将混合粉体利用钢模干压成型，获得相应形状的块体，再经过冷等静压成型，得到素坯；其中，所述钢模干压成型和冷等静压成型的成型压力均为20~200 MPa。
[0015]进一步地，步骤S4中，热压烧结的温度为1800
‑
2100℃，热压烧结时间为0.5
‑
2小时，热压烧结压力为20
‑
70MPa，热压烧结气氛为真空、氢气或者惰性气体；其中：热压烧结采用传统的热压烧结法或电流辅助烧结法。
[0016]（三）有益效果本专利技术的有益效果是：（1）本专利技术通过添加晶须、烧结助剂和增强剂，所制备的晶须增强碳化硼复合陶瓷具有低密度、高硬度、高强度、高韧性和高弹性模量的特点。与现有技术相比，密度≤2.85g/cm3，维氏硬度Hv>37 GPa，三点抗弯强度>544 MPa，压痕断裂韧性>4.5 MPa
·
m
1/2
，弹性模量> 452 GPa。
[0017]（2）本专利技术的晶须增强碳化硼复合陶瓷是理想的防弹材料，能够应用在防弹领域、高温承载件、耐磨件、耐腐蚀件及其它耐高温的关键零部件制备领域中。
[0018]（3）本专利技术的晶须增强碳化硼复合陶瓷的制备方法，该方法采用热压烧结法，以碳化硼为基体，同时添加增韧相陶瓷晶须、低温烧结助剂和增强相陶瓷颗粒，能够完成对晶须增强碳化硼复合陶瓷的低温烧结，并赋予晶须增强碳化硼复合陶瓷更高的致密度、硬度、韧
性和强度，同时降低烧结温度，降低生产成本。
具体实施方式
[0019]为了更好的解释本专利技术，以便于理解，下面通过具体实施方式，对本专利技术作详细描述。
[0020]根据本专利技术的第一方面，一种晶须增强碳化硼复合陶瓷，包括如下重量份的组分：碳化硼粉体：50~99.5份晶须：0.5~20份烧结助剂：0
‑
10份增强剂：0
‑
20份其中：所述碳化硼粉体的平均粒径为0.3~1.5μm，所述烧结助剂的平均粒径为0.2~3μm，所述增强剂的平均粒径为0.2~3μm。
[0021]通过本专利技术的技术方案，第一，采用粒径0.3~1.5μm的碳化硼粉体，可以有效降低烧结温度，提高材料的力学性能；第二，所采用的的烧结助剂、增强剂粒径接近碳化硼粉体的粒径，有利于混合均匀，保证材料的可靠性；第三，在碳化硼粉体中加入晶须，能够利用晶须对裂纹的桥接、偏转等作用，从而显著提高碳化硼陶瓷的韧性、强度和可靠性；第四，通过加入烧结助剂，能够降低材料的烧结温度，降低烧结难度，达到细晶强化，提高碳化硼陶瓷的致密度和力学性能；第五，加入增强剂，利用颗粒的增强效应，不仅能够显著提高碳化硼陶瓷的硬度，且不会影响碳化硼陶瓷的韧性、强度，使其同时具有较高的硬度、韧性、强度。
[0022]碳化硼粉体、烧结助剂和增强剂的粒径选择，能够使各材料在混合体系中更好地分散和与其他成分间发生物理及化学作用，进而提升所制备的碳化硼陶瓷的物理化学性能。
[0023]进一步地，包括如下重量份的组分：碳化硼粉体：70~95份晶须：5~10份烧结助剂：0
‑
10份增强剂：0
‑
20份。
[0024]优选采用本实施例的配方比例，这也是专利技术人经常大量实验得出的较优比例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种晶须增强碳化硼复合陶瓷，其特征在于：包括如下重量份的组分：碳化硼粉体：50~99.5份晶须：0.5~20份烧结助剂：0
‑
10份增强剂：0
‑
20份其中：所述碳化硼粉体的平均粒径为0.3~1.5μm，所述烧结助剂的平均粒径为0.2~3μm，所述增强剂的平均粒径为0.2~3μm。2.根据权利要求1所述的晶须增强碳化硼复合陶瓷，其特征在于：包括如下重量份的组分：碳化硼粉体：70~95份晶须：5~10份烧结助剂：0
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10份增强剂：0
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20份。3.根据权利要求1所述的晶须增强碳化硼复合陶瓷，其特征在于：所述晶须为SiC、BN和SiBCN中的至少一种，所述晶须的直径为0.3~1.5μm，长径比为5~100。4.根据权利要求1所述的晶须增强碳化硼复合陶瓷，其特征在于：所述烧结助剂为硼粉、碳粉、TiO2、MgO、Al2O3、Y2O3、Ce2O3、Sm2O3中的至少一种。5.根据权利要求1所述的晶须增强碳化硼复合陶瓷，其特征在于：所述增强剂为TiB2、TiN、TiC、Ti（C,N）、ZrB2、WC、SiC和硼化钨中的至少一种。6.一种用于制备权利要求1
‑
5中任意一项所述的晶须增强碳化硼复合陶瓷的方法，其特征在于：包括下述步骤：S1：混料：将碳化硼粉体、晶须、烧结助剂和...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋国强，杨海东，刘朋飞，崔岩，
申请(专利权)人：广东融加科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：