【技术实现步骤摘要】
本申请涉及核用结构材料的，更具体地说，它涉及一种一种碳化硅增强金属氧化物复合材料及其制备方法。
技术介绍
1、第四代核能系统的堆型包括：是铅冷式快反应堆(lfr)、钠冷式快反应堆(sfr)、气冷式快反应堆(gfr)、熔盐反应堆(msr)、超高温反应堆(vhtr)和超临界水反应(scwr)。与二代商用lwr堆相比，第四代核能系统和聚变核能系统中材料的服役温度和辐照强度都有了大幅度的提高，因此已有的核用材料可能无法应用于第四代核能系统和聚变核能系统等先进核能系统中。
2、用于核能领域的材料其需要具有高导热系数、强的耐腐蚀性能、良好的抗辐照以及热稳定性等性质，其中抗辐照性能对核能系统的安全性至关重要。该类材料，如陶瓷材料，因其具有高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀和良好的热化学稳定性，且部分陶瓷还具有低活性、低吸收中子的特点，有在高温高辐射的环境中应用的潜能，受到了广泛的关注；例如金属氧化物类陶瓷材料，进一步例如氧化铝陶瓷，其中，氧化铝陶瓷具有高强度、高硬度、高电阻率、良好的热稳定性、耐磨损、生产成本低和技术成熟等特点。
3、但是单一的氧化铝陶瓷还存在韧性差的问题，因此相关技术中往往还通过相变增韧该改善氧化铝的韧性，例如添加氧化锆。而单一的相变增韧后得到的材料作为核用结构材料时，其机械性能还不能满足使用需求。因此进一步相关技术中，以相变增韧和晶须增韧的方式进一步提高氧化铝陶瓷的韧性，以得到力学性能优异的核用结构材料。例如以添加氧化锆和碳化硅晶须的方式协同提高材料性能；以该方法得到的材料，其弯曲强度为1150-120
4、以该组分和方法制备得到的碳化硅增强金属氧化物复合材料的弯曲强度和断裂韧性还是比较高的，随着核技术的发展，对核用结构材料的力学性能的要求也越来越高，因此提供一种力学性能进一步改善的材料是必要的。
技术实现思路
1、为了进一步提高核用碳化硅增强金属氧化物复合材料的弯曲强度和断裂韧性，本申请提供一种碳化硅增强金属氧化物复合材料及其制备方法。
2、第一方面，本申请提供一种碳化硅增强金属氧化物复合材料，采用如下的技术方案：
3、一种碳化硅增强金属氧化物复合材料，所述材料包括以下重量份的组分：
4、改性晶须2-8份，钨钼混合粉末5-8份，氧化锆-氧化铝混合粉末80-98份；所述改性晶须是将重量比为1:(0.2-0.8)的碳化硅晶须和氮化硼晶须混合后，经包括以氨基试剂处理的步骤得到。
5、碳化硅晶须(也是β-sic)是立方晶须，和金刚石同属于一种晶型；其具有较好的韧性和硬度。氮化硼晶须的结构类似石墨晶须，具有六方氮化硼结构，强度高。将晶须加入后以制备陶瓷材料时，由于晶须与基体界面的弹性模量或热膨胀不匹配使得晶须周围存在一个应力场，当材料产生裂纹时，该应力的存在使得裂纹无法继续沿原来的方向继续扩展，进而发生偏转；裂纹发生偏转后，需要进一步提高外加应力才能使得裂纹继续扩展，因此裂纹偏转可产生增韧的效果。而本申请设计添加两种结构不同的晶须，通过这两种晶须的协同配合，使得当材料的裂纹产生时，更易发生裂纹偏转；此外，晶须桥连(当裂纹扩展至晶须后再裂纹尖端形成桥连区，桥连晶须对基体产生使裂纹闭合的力，以阻止裂纹的扩展)的情况也显著增强；最终以显著提高材料的断裂韧性。该方案中，通过对两种晶须以氨基试剂的处理，从而改善了晶须和基体界面间的结合，使得裂纹产生后，裂纹偏转和晶须桥连的作用显著提高，以改善材料的弯曲强度和断裂韧性。因此，改性晶须是通过两方面协作实现效果：一方面是两种晶须不同，以带来更复杂的裂纹偏转和晶须桥连；另一方面是以晶须改性后的和基体界面间结合力的改善效果，来协作实现对材料力学性能的改善和提高。
6、此外，以晶须强化氧化铝陶瓷后，因金属氧化物和晶须之间的界面存在位错、晶格畸变等将对材料强度带来负面影响；而钨钼混合粉末添加后，在烧结时钨钼在基体界面发生金属弥散，填充至金属氧化物和晶须之间，以弥补因位错、晶格畸变带来的强度损失，以最终提高材料的力学强度。
7、因此本申请通过两种改性晶须的裂纹偏转和晶须桥连作用，并配合改性晶须的界面改善效果以及钨钼金属的弥散强化作用，以最终实现提高核用碳化硅增强金属氧化物复合材料的弯曲强度和断裂韧性的目的。
8、可选的，所述碳化硅晶须的纯度为99wt％及以上，直径为0.5-10μm，长度为10-100μm。
9、在一些实施方案中，碳化硅晶须的直径为600-1000nm，1-5μm，5-10μm；在一个实施例中，碳化硅晶须的直径为600nm，800nm，1000nm，2μm，5μm，7.5μm或者10μm。
10、在一些实施方案中，碳化硅晶须的长度为10-30μm，20-50μm，40-70μm，60-80μm，75-100μm；在一个实施例中，碳化硅晶须的长度为10μm，25μm，45μm，70μm，95μm或者100μm。
11、可选的，所述氮化硼晶须的纯度为99wt％及以上，直径为1-10μm。
12、在一些实施方案中，氮化硼晶须的直径为1-3μm，2-6μm，5-8μm或者7-10μm；在一个实施例中，氮化硼晶须的直径为1μm，2.5μm，4.5μm，6μm，8.5μm或者10μm。
13、可选的，所述氨基试剂选自乙二胺和二甲基乙二胺中的任意一种。
14、可选的，以氨基试剂处理碳化硅晶须和氮化硼晶须的方法具体包括以下步骤：
15、将所述碳化硅晶须和氮化硼晶须混合，得到晶须混合物；
16、将所述氨基试剂溶解在乙醇中，得到氨基试剂溶液，所述氨基试剂溶液中氨基试剂的质量分数为10-20wt％；
17、将所述晶须混合物浸没至所述氨基试剂溶液超声混合20-40min，除去溶剂，干燥，得到改性晶须。
18、通过采用上述技术方案，以适当量的氨基试剂溶液，通过超声处理晶须混合物，其能够提高氨基试剂对晶须的改性效果；实验结果发现，该改性晶须用于制备碳化硅增强金属氧化物复合材料时，材料的韧性和力学性能显著提高。
19、在一些实施方案中，所述氨基试剂溶液中氨基试剂的质量分数为10-13.5wt％，12-16.5wt％，14.5-18wt％，或者17.8-20wt％；在一个具体的实施例中，所述氨基试剂溶液中氨基试剂的质量分数为10wt％，12wt％，14.5wt％，17wt％，或者19.5wt％。
20、可选的，所述氧化锆-氧化铝粉末中氧化锆粉末为氧化铝粉末的13-27vol％。
21、在上述技术方案中，氧化铝选用的是α-氧化铝。
22、可选的，所述所述氧化锆-氧化铝粉末的粒径d为：0＜d＜75μm。
23、可选的，所述氧化锆具体选择为钇稳定氧化锆，所述钇稳定氧化锆中钇占氧化锆的含量为1-4vol％。
24、上述方案中，钇稳定氧化锆中钇的含量为3vol本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种碳化硅增强金属氧化物复合材料，其特征在于，所述材料包括以下重量份的组分：
2.根据权利要求1所述的一种碳化硅增强金属氧化物复合材料，其特征在于，所述氨基试剂选自乙二胺和二甲基乙二胺中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种碳化硅增强金属氧化物复合材料，其特征在于，以氨基试剂处理碳化硅晶须和氮化硼晶须的方法具体包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述的一种碳化硅增强金属氧化物复合材料，其特征在于，所述氧化锆-氧化铝粉末中氧化锆粉末为氧化铝粉末的13-27Vol%。
5.根据权利要求4所述的一种碳化硅增强金属氧化物复合材料，其特征在于，所述所述氧化锆-氧化铝粉末的粒径D为：0＜D＜75微米。
6.根据权利要求1所述的一种碳化硅增强金属氧化物复合材料，其特征在于，所述钨钼混合粉末含有以下重量百分比的组分：钨粉45-65%，钼粉35-55%。
7.权利要求1-6任意一项所述的一种碳化硅增强金属氧化物复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的一种碳化硅增强金属氧化物复合
9.根据权利要求7所述的一种碳化硅增强金属氧化物复合材料的制备方法，其特征在于，S3中真空烧结的条件包括：烧结温度为1600-1700℃，烧结时间为5-15min，真空度为2-10Pa，烧结压力为35-45MPa。
10.根据权利要求7所述的一种碳化硅增强金属氧化物复合材料的制备方法，其特征在于，S3中真空烧结的具体步骤包括：以80-105℃/min的速度升温至烧结温度，保温后停止加热，并自然降温至室温。
...【技术特征摘要】
1.一种碳化硅增强金属氧化物复合材料，其特征在于，所述材料包括以下重量份的组分：
2.根据权利要求1所述的一种碳化硅增强金属氧化物复合材料，其特征在于，所述氨基试剂选自乙二胺和二甲基乙二胺中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种碳化硅增强金属氧化物复合材料，其特征在于，以氨基试剂处理碳化硅晶须和氮化硼晶须的方法具体包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述的一种碳化硅增强金属氧化物复合材料，其特征在于，所述氧化锆-氧化铝粉末中氧化锆粉末为氧化铝粉末的13-27vol%。
5.根据权利要求4所述的一种碳化硅增强金属氧化物复合材料，其特征在于，所述所述氧化锆-氧化铝粉末的粒径d为：0＜d＜75微米。
6.根据权利要求1所述的一种碳化硅增强金属氧化物复合材料，其特征在于，所述钨钼混合粉末含有以下重...
【专利技术属性】
技术研发人员：王帅，崔富晖，张罡，秦来来，吴东津，任玲玲，
申请(专利权)人：王帅，
类型：发明
国别省市：
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