一种金刚石碳化硼复合陶瓷的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种金刚石碳化硼复合陶瓷的制备方法，包括如下步骤：将金刚石粉体与碳化硼、石墨、酚醛树脂用无水乙醇混合均匀；采用冷冻喷雾造粒的方式或人工破碎过筛的方式制成微粒；热压成型；将压制坯体进行脱脂处理；将得到的多孔预制体进行渗硼烧结即可。本发明专利技术制备的金刚石

【技术实现步骤摘要】
一种金刚石碳化硼复合陶瓷的制备方法


[0001]本专利技术涉及复合陶瓷
，特别是指一种金刚石碳化硼复合陶瓷的制备方法。

技术介绍

[0002]金刚石是目前世界上已知的最坚硬的一种材料，而碳化硼(B4C)陶瓷的硬度仅次金刚石与立方氮化硼，是自然界第三硬的物质且它还具有低密度、高模量和高耐磨等特性。如果能够实现金刚石与碳化硼的复合，可以制备出更加理想的装甲陶瓷。上世纪70年代，美国首次通过熔渗法制备出了反应烧结碳化硼陶瓷复合材料，大大降低了碳化硼材料的制备成本，该方 法受到了国内外学者的广泛关注与研究。21世纪初，美国、以色列等国已将反应烧结碳化硼 材料应用于装甲车辆、军机的防护领域，而我国对反应烧结碳化硼复合材料的研究与发达 国家仍存在较大差距，远远达不到应用的程度。因此，碳化硼材料的发展乃至我国武器装备的高防护性和轻量化发展具有重要的实际与理论意义。而目前已知的金刚石与碳化硼复合陶瓷的制备方法是采用碳化硼粉体、金刚石、酚醛树脂、单质硅粉共同作用生成。但采用此种方法容易在复合陶瓷内部残存有单质硅与碳化硅，而单质硅与碳化硅均能大大降低金刚石与碳化硼复合陶瓷性能导致硬度降低。

技术实现思路

[0003]针对上述
技术介绍
中的不足，本专利技术提出一种金刚石碳化硼复合陶瓷的制备方法，解决了现有技术中金刚石与碳化硼复合陶瓷硬度较低的问题。
[0004]本专利技术的技术方案是这样实现的：一种金刚石碳化硼复合陶瓷的制备方法，包括如下步骤：（1）将金刚石粉体与碳化硼、石墨、酚醛树脂用无水乙醇混合均匀；（2）采用冷冻喷雾造粒的方式或人工破碎过筛的方式制成微粒；（3）热压成型；（4）将压制坯体进行脱脂处理；（5）将步骤（4）中得到的多孔预制体进行渗硼烧结即可。
[0005]进一步地，所述的金刚石粉体粒径大于50μm。
[0006]进一步地，所述金刚石粉体、碳化硼、石墨和酚醛树脂的体积百分比为30
‑
75%：0
‑
45%：5
‑
15%：15
‑
25%。
[0007]进一步地，所述金刚石粉体和石墨的纯度≥99.99%。
[0008]进一步地，所述的金刚石粉体包括单晶金刚石和多晶金刚石。
[0009]进一步地，步骤（3）所述的热压成型，热压机的温度范围为：130℃
‑
150℃；压制压力为150Mp，保压10
‑
20min。
[0010]进一步地，步骤（4）所述的脱脂处理，脱脂温度为1000℃
‑
1100℃，脱脂速率为1℃/min
‑
3℃/min；在最高温度点保温90min
‑
120min。
[0011]进一步地，步骤（5）所述的渗硼烧结，渗硼过程中真空度在0.1pa
‑
320pa之间。
[0012]进一步地，所述的渗硼过程中，在硼粉的熔融温度即2200℃之前，升温速率为每分钟8℃
‑
15℃，在略高于硼粉熔融温度点2200℃保温30min。
[0013]进一步地，所述硼粉的纯度≥99.99%。
[0014]本专利技术的有益效果：1. 本专利技术制备的金刚石
‑
碳化硼复合材料，与一般的渗硅法相比减少了样品中可能会产生的碳化硅、残余硅等杂质，使样品的性能更加优越，尤其是在硬度方面更加突出；2. 本专利技术制备的金刚石
‑
碳化硼复合材料，选用较大颗粒的金刚石进行冷冻喷雾造粒，使酚醛树脂更加均匀的包裹在金刚石表面，在高温下金刚石表面会有碳化，这样与硼粉发生反应原位生成碳化硼，使样品内部更加密实，减小空隙；3. 本专利技术制备的金刚石
‑
碳化硼复合材料，最终得到的样品的硬度、三点弯曲强度都有很大的提高，完全适用于防弹陶瓷的需求。
具体实施方式
[0015]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付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。
[0016]实施例1一种新型金刚石
‑
碳化硼复合陶瓷，以体积百分比计，由以下原料制备而成：金刚石粉体50%、碳化硼15%、石墨粉10%和酚醛树脂25%。
[0017]按照上述比例称取所需原料，将金刚石粉体（100μm）与碳化硼（30μm
‑
50μm）、石墨粉（30μm
‑
50μm）、酚醛树脂用无水乙醇混合均匀，采用冷冻喷雾造粒；之后进行热压成型，压制温度130℃，压制压力为150Mp，保压10min，将压制样品进行脱脂处理，升温速率为1℃/min，最高温度为1100℃，保温120min；后将多孔预制体进行高温渗硼处理，最高温2200℃，真空度10Pa，保温30min，最终得到所需金刚石
‑
碳化硼复合陶瓷。
[0018]实施例2一种新型金刚石
‑
碳化硼复合陶瓷，以体积百分比计，由以下原料制备而成：金刚石粉体65%、碳化硼粉0%、石墨粉15%和酚醛树脂25%。
[0019]按照上述比例称取所需原料，将金刚石粉体（120μm）与碳化硼粉（30μm
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50μm）、石墨粉（30μm
‑
50μm）、酚醛树脂用无水乙醇混合均匀，采用冷冻喷雾造粒；之后进行热压成型，压制温度150℃，压制压力为150Mp，保压15min，将压制样品进行脱脂处理，升温速率为3℃/min，最高温度为1100℃，保温100min；后将多孔预制体进行高温渗硼，最高温2200℃，真空度300Pa，保温30min，最终得到所需金刚石
‑
碳化硼复合陶瓷。
[0020]实施例3一种新型金刚石
‑
碳化硼复合陶瓷，以体积百分比计，由以下原料制备而成：金刚石粉体40%、碳化硼粉30%、石墨粉5%和酚醛树脂25%。
[0021]按照上述比例称取所需原料，将金刚石粉体（50μm）与碳化硼粉（30μm
‑
50μm）、石墨粉（30μm
‑
50μm）、酚醛树脂用无水乙醇混合均匀，采用冷冻喷雾造粒；之后进行热压成型，压
制温度130℃，压制压力为150Mp，保压10min，将压制样品进行脱脂处理，升温速率为2℃/min，最高温度为1000℃，保温90min；后将多孔预制体进行高温渗硼，最高温2200℃，真空度50Pa，保温30min，最终得到所需金刚石
‑
碳化硼复合陶瓷。
[0022]实施例4一种新型金刚石
‑
碳化硼复合陶瓷，以体积百分比计，由以下原料制备而成：金刚石粉体30%、碳化硼粉45%、石墨粉5%和酚醛树脂25%。
[0023]按照上述比例称取所需原料，将金刚石粉体（100μm）与碳化硼粉（30μm...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金刚石碳化硼复合陶瓷的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：（1）将金刚石粉体与碳化硼、石墨、酚醛树脂用无水乙醇混合均匀；（2）采用冷冻喷雾造粒的方式或人工破碎过筛的方式制成微粒；（3）热压成型；（4）将压制坯体进行脱脂处理；（5）将步骤（4）中得到的多孔预制体进行渗硼烧结即可。2.根据权利要求1所述的金刚石碳化硼复合陶瓷的制备方法，其特征在于：所述的金刚石粉体粒径大于50μm。3.根据权利要求1或2所述的金刚石碳化硼复合陶瓷的制备方法，其特征在于：所述金刚石粉体、碳化硼、石墨和酚醛树脂的体积百分比为30
‑
75%：0
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45%：5
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15%：15
‑
25%。4.根据权利要求3所述的金刚石碳化硼复合陶瓷的制备方法，其特征在于：所述金刚石粉体和石墨的纯度≥99.99%。5.根据权利要求1或2或4所述的金刚石碳化硼复合陶瓷的制备方法，其特征在于：所述的金刚石粉体包括单晶金刚石和多晶金刚石。6.根据权利要求1或2或4所述的金刚石碳化硼复合陶瓷的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：王凯，陶刚，魏广辉，汪静，
申请(专利权)人：河南联合精密材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：