一种增强增韧陶瓷及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种增强增韧陶瓷及其制备方法和应用，所述制备方法包括：(1)将陶瓷原料混合后，进行压制成型，得到陶瓷素坯；(2)将所述陶瓷素坯依次进行一次烧结、一次加压、二次烧结、二次加压和三次烧结的步骤后，得到所述增强增韧陶瓷。本发明专利技术在热压烧结陶瓷素坯时，通过调控烧结参数与加压参数以及特定的烧结加压顺序，能够有效提升陶瓷材料的韧性、强度和致密度，从而能够使得陶瓷材料的抗多发打击能力得到大幅度提高。能力得到大幅度提高。能力得到大幅度提高。

【技术实现步骤摘要】
一种增强增韧陶瓷及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于陶瓷材料
，涉及一种增强增韧陶瓷及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]碳化硼基陶瓷材料凭借其独特的菱面体结构具有高强、低密和耐腐等优异性，因而被广泛应用于单兵防护制品领域。但碳化硼基陶瓷材料的韧性相对较差，一直是研究人员关心且致力于提升的指标。
[0003]现有提升碳化硼基陶瓷材料韧性的方法，主要是通过加入低熔点的金属/金属氧化物等烧结二相的手段，如CN112079642A，公开了一种碳化硼喷雾造粒粉及其制备方法与应用。所述碳化硼喷雾造粒粉的制备方法，包括粉料预磨的步骤，其中，所述粉料包括碳化硼粉体和增韧相；所述增韧相选自Al2O3、Y2O3、氧化铈中的一种或几种；其中，所述碳化硼粉体和所述增韧相的质量比为90
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95：3
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10。该方法通过向碳化硼粉体中添加增韧相氧化铝、氧化钇和氧化铈，以提升韧性。
[0004]还有通过原位合成等方式生成的增韧相，如CN111018530A，公开了一种高硬超轻陶瓷复合材料及其制备方法，该高硬超轻陶瓷复合材料的制备方法包括以下步骤：S1，称取碳化硼粉体、覆钛碳纳米管和覆硅碳纳米管；S2，将碳化硼粉体和分散介质混合砂磨至浆料粒径D50≤1μm，得到碳化硼浆料；S3，将碳化硼浆料、覆钛碳纳米管及覆硅碳纳米管一起球磨，得到均匀的混合浆料；S4，将混合浆料喷雾造粒，再粉碎过筛，得到混合粉体；S5，将混合粉体转移至石墨模具中，混合粉体与石墨模具、压头之间用石墨纸隔开，热压烧结制得高硬超轻陶瓷复合材料。该专利以碳化硼、覆钛碳纳米管和覆硅碳纳米管为原料，通过原位反应生成增韧相硼化钛和碳化硅，以提升韧性。
[0005]上述增韧方法虽一定程度提高碳化硼材料的韧性，但提升效果不足，断裂韧性较低。
[0006]因此，亟需一种方法，以提升碳化硼基陶瓷材料的韧性。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种增强增韧陶瓷及其制备方法和应用。本专利技术在热压烧结陶瓷素坯时，通过调控烧结参数与加压参数以及特定的烧结加压顺序，能够有效提升陶瓷材料的韧性、强度和致密度，从而能够使得陶瓷材料的抗多发打击能力得到大幅度提高。
[0008]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供了一种增强增韧陶瓷的制备方法，所述制备方法包括：
[0010](1)将陶瓷原料混合后，进行压制成型，得到陶瓷素坯；
[0011](2)将所述陶瓷素坯依次进行一次烧结、一次加压、二次烧结、二次加压和三次烧结的步骤后，得到所述增强增韧陶瓷。
[0012]本专利技术提供了一种增强增韧陶瓷的制备方法，在热压烧结陶瓷素坯时，通过调控
烧结参数与加压参数以及特定的烧结加压顺序，能够有效提升陶瓷材料的韧性、强度和致密度，从而能够使得陶瓷材料的抗多发打击能力得到大幅度提高。
[0013]需要说明的是，步骤(2)中，将所述陶瓷素坯放入模具中，再进行一次烧结等步骤。“一次加压”和“二次加压”是对置于模具中的陶瓷素坯进行施压。
[0014]优选地，所述模具包括石墨模具。
[0015]可选地，步骤(2)在热压炉中进行。
[0016]优选地，按照质量分数计，所述陶瓷原料包括：
[0017][0018]所述陶瓷原料中各组分质量分数之和为100％；其中，所述碳化硼的选择范围为50
‑
90％，例如可以是50％、60％、70％、80％或90％等，碳化钛的选择范围为2
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15％，例如可以是2％、3％、5％、7％、9％、11％、13％或15％等，硅的选择范围为2
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15％，例如可以是2％、3％、5％、7％、9％、11％、13％或15％等，碳化硅的选择范围为5
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20％，例如可以是5％、6％、7％、8％、10％、12％、15％、17％或20％等。
[0019]优选地，所述硅的D50粒径为0.2
‑
0.8μm，例如可以是0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm或0.8μm等。
[0020]优选地，所述碳化硅的D50粒径为0.2
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0.8μm，例如可以是0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm或0.8μm等。
[0021]优选地，步骤(1)所述混合的方式包括球磨。
[0022]优选地，所述球磨为湿式球磨。
[0023]优选地，步骤(1)中，在所述混合和所述压制成型之间，进行喷雾造粒的步骤。
[0024]优选地，所述压制成型的方式包括冷等静压成型。
[0025]本专利技术中，在进行步骤(2)之前，对喷雾造粒得到的粉末进行冷等静压成型，能够提高素坯的致密度及素坯密度均匀性，进而提高陶瓷的物理性能及陶瓷性能的一致性。
[0026]优选地，所述冷等静压成型为干袋冷等静压成型。
[0027]优选地，步骤(2)中，在对所述陶瓷素坯进行一次烧结之前，进行抽真空的步骤。
[0028]本专利技术中，对陶瓷素坯进行真空热压烧结，所述真空热压烧结具体包括：先进行抽真空的步骤，再将陶瓷素坯放入模具中，然后对陶瓷素坯依次进行一次烧结、一次加压、二次烧结、二次加压和三次烧结的步骤。在真空下进行烧结，能够降低陶瓷晶粒尺寸，提高陶瓷致密度，进而提高陶瓷防弹性能。
[0029]可选地，步骤(2)在真空热压炉中进行。
[0030]优选地，步骤(2)所述一次烧结的温度为1200
‑
1500℃，例如可以是1200℃、1250℃、1300℃、1350℃、1400℃、1450℃或1500℃等。
[0031]优选地，步骤(2)所述一次烧结的保温时间为1
‑
2h，例如可以是1h、1.1h、1.2h、
1.3h、1.4h、1.5h、1.6h、1.7h、1.8h、1.9h或2h等。
[0032]优选地，升温至所述一次烧结的温度的步骤包括：先升温至中间温度，再升温至所述一次烧结的温度，所述中间温度为800
‑
1000℃，例如可以是800℃、820℃、850℃、870℃、900℃、920℃、950℃、970℃或1000℃等。
[0033]优选地，经过步骤(2)所述一次加压后，陶瓷素坯承受的压力为5
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10MPa/cm2，例如可以是5MPa/cm2、5.5MPa/cm2、6MPa/cm2、6.5MPa/cm2、7MPa/cm2、7.5MPa/cm2、8MPa/cm2、8.5MPa/cm2、9MPa/cm2、9.5MPa/cm2或10MPa/cm2等。
[0034]优选地，步骤(2)所述二次烧结的温度为2100
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2200℃，例如可以是2100℃、2110℃、2120℃、2130℃、2140℃、2150℃、2160本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增强增韧陶瓷的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：(1)将陶瓷原料混合后，进行压制成型，得到陶瓷素坯；(2)将所述陶瓷素坯依次进行一次烧结、一次加压、二次烧结、二次加压和三次烧结的步骤后，得到所述增强增韧陶瓷。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，按照质量分数计，所述陶瓷原料包括：所述陶瓷原料中各组分质量分数之和为100％；优选地，所述硅的D50粒径为0.2
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0.8μm；优选地，所述碳化硅的D50粒径为0.2
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0.8μm。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述混合的方式包括球磨；优选地，所述球磨为湿式球磨；优选地，步骤(1)中，在所述混合和所述压制成型之间，进行喷雾造粒的步骤；优选地，所述压制成型的方式包括冷等静压成型；优选地，所述冷等静压成型为干袋冷等静压成型。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，在对所述陶瓷素坯进行一次烧结之前，进行抽真空的步骤。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述一次烧结的温度为1200
‑
1500℃；优选地，步骤(2)所述一次烧结的保温时间为1
‑
2h；优选地，升温至所述一次烧结的温度的步骤包括：先升温至中间温度，再升温至所述一次烧结的温度，所述中间温度为800
‑
1000℃；优选地，经过步骤(2)所述一次加压后，陶瓷素坯承受的压力为5
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10MPa/cm2。6.根据权利要求1
‑
5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述二次烧结的温度为2100
‑
2200℃；优选地，所述二次烧结的保温时间为1
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3h；优选地，经过步骤(2)所述二次加压后，陶瓷素坯承受的压力为25
‑
35MPa/cm2。7.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚力军，王巨宝，王学泽，
申请(专利权)人：上海戎创铠迅特种材料有限公司，
类型：发明
国别省市：