致密的纳米晶碳化硅高硬度、高韧性块材及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种致密的纳米晶碳化硅高硬度、高韧性块材及其制备方法。块材平均晶粒尺寸小于100nm，晶粒中包含大量的堆垛层错以及孪晶结构。块材的维氏硬度值等于或高于30GPa，断裂韧性等于或者高于4.5MPa·m<supgt;1/2</supgt;。该块材兼具优秀的断裂韧性和良好的硬度，可制成刀具等成品，在精密加工等领域具有很大的应用潜力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无机非金属材料领域，具体涉及一种致密的纳米晶碳化硅块材及其制备方法。

技术介绍

1、碳化硅是一种常见的结构陶瓷材料，具有良好的机械性能、优异的热稳定性和抗辐照性能。然而，商业碳化硅的硬度有限(～24.5gpa)，断裂韧性较差(～3.9mpa·m0.5)，这两点限制了其在需要高硬度和断裂韧性的行业中的广泛应用，例如作为刀具和研磨材料。为了提高碳化硅陶瓷的实用性，必须同时提高其硬度和断裂韧性。

2、碳化硅的固有脆性使得同时增强其硬度和断裂韧性成为了一项重大挑战。众所周知，材料性能与其微观结构有着密切的关联，因此调整碳化硅陶瓷的微观结构可能是克服这一挑战的关键途径。近年来，通过高温高压技术，研究人员已经成功制备出平均晶粒尺寸仅为10nm的纳米晶立方碳化硅致密块材。得益于其独特的微观结构，这种材料的维氏硬度显著提高，达到了高达41.5gpa，与单晶立方氮化硼相媲美。然而，其断裂韧性只有3.6mpa·m1/2，这一低韧性在潜在工程应用中引入了较大的风险和限制。此外，其他研究团队使用稀土氧化物(re2o3,其中re包括la,nd,y,和yb)本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种纳米晶碳化硅块材，其平均晶粒尺寸小于100nm，块材的体积大于1mm3，相对密度大于等于98％，晶粒中堆垛层错密度为1.1*1012/cm2至1.4*1012/cm2，晶粒中孪晶厚度为3.2nm～4.5nm。

2.根据权利要求1所述的纳米晶碳化硅块材，其特征在于，所述块材的结构形式为：仅由立方相(3C)构成；或由立方相(3C)和六方相(2H)共同构成。

3.根据权利要求1所述的纳米晶碳化硅块材，其特征在于，维氏硬度值等于或高于30GPa，断裂韧性等于或者高于4.5MPa·m1/2。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的纳米晶碳化硅块材，其中所述...

【技术特征摘要】

1.一种纳米晶碳化硅块材，其平均晶粒尺寸小于100nm，块材的体积大于1mm3，相对密度大于等于98％，晶粒中堆垛层错密度为1.1*1012/cm2至1.4*1012/cm2，晶粒中孪晶厚度为3.2nm～4.5nm。

2.根据权利要求1所述的纳米晶碳化硅块材，其特征在于，所述块材的结构形式为：仅由立方相(3c)构成；或由立方相(3c)和六方相(2h)共同构成。

3.根据权利要求1所述的纳米晶碳化硅块材，其特征在于，维氏硬度值等于或高于30gpa，断裂韧性等于或者高于4.5mpa·m1/2。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的纳米晶碳化硅块材，其中所述纳米晶碳化硅块材是由包括以下步骤的方法制备的：

5.一种纳米晶碳化硅块材的制备方法，其特征在于：

6.根据权利要求5所述的纳米晶碳化硅块材的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：高国英，孙荣鑫，张振邦，胡文涛，徐波，田永君，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：