[发明专利]硼化锆-碳化硅基层状超高温陶瓷复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料的制备方法。

背景技术

超高温陶瓷基复合材料所具有的高温强度、抗氧化和抗热冲击性能使得其能够胜任包括高超声速长时飞行、大气层再入、跨大气层飞行和火箭推进系统等极端环境，其使用对象包括飞行器鼻锥、翼前缘、发动机热端等各种关键部位或部件。能够胜任如此苛刻性能要求的材料主要集中在高熔点硼化物组成的多元复合超高温陶瓷材料体系，这些材料的熔点超过3000℃、有良好的热化学稳定性，高的导热、导电性，及抗氧化特性。在过去的几年中，已经得到公认，碳化硅的加入可以明显改善硼化锆陶瓷的力学性能和抗氧化性，国外许多研究都集中在多种硼化锆-碳化硅（ZrB₂-20份SiC）基复合材料的制备中，但是这种材料的易碎（4.6MPa·m^1/2）、低强度（300MPa~450 MPa）一直是制约该材料应用的重要原因。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有硼化锆-碳化硅基复合材料易碎、低强度的问题，提供了一种硼化锆-碳化硅基层状超高温陶瓷复合材料的制备方法。

本发明硼化锆-碳化硅基层状超高温陶瓷复合材料的制备方法如下：一、按体积份数将20份的α-SiC粉和80份的ZrB₂粉混合，加入无水乙醇，无水乙醇的加入量为α-SiC粉、ZrB₂粉和无水乙醇总量的体积百分比为70%~75%，然后在20~30℃进行恒温球磨10~15h小时，再在70~80℃、转速为30r/min~60r/min的条件下干燥，过筛，得到粒径为200~300目的ZrB₂-20%volSiC粉；二、按体积份数将30份的α-SiC粉和70份的ZrB₂粉混合，加入无水乙醇，无水乙醇的加入量为α-SiC粉、ZrB₂粉和无水乙醇总量的体积百分比为70%~75%，然后在20~30℃进行恒温球磨10~15h小时，再在70~80℃、转速为30r/min~60r/min的条件下干燥，过筛，得到粒径为200~300目的ZrB₂-30%volSiC粉；三、在石墨模具的表面涂覆一层脱模剂，然后将ZrB₂-20%volSiC粉和ZrB₂-30%volSiC粉对称交替层叠于石墨模具内，得到层数为17层的坯体，坯体的奇数层为压应力层，压应力层厚度为400μm，压应力层由ZrB₂-30%volSiC粉形成，坯体的偶数层为拉应力层，拉应力层厚度为800μm，拉应力层由ZrB₂-20%volSiC粉形成；四、将步骤三所得的坯体在预压力为8~10 MPa的条件下保压5min；五、将经过步骤四处理的坯体在1900℃、30MPa的条件下保压60min，即得硼化锆-碳化硅基层状超高温陶瓷复合材料；步骤三中所述的脱模剂为氮化硼。

本发明硼化锆-碳化硅基层状超高温陶瓷复合材料中的层状结构增韧不像其他增韧化方法那样以牺牲部分强度来换取高韧性。从附图7可以看出，本发明制得的硼化锆-碳化硅基层状超高温陶瓷复合材料断口仍是脆断性断口，并未改变陶瓷材料的本征属性。本发明的硼化锆-碳化硅基层状超高温陶瓷复合材料强度可达到708 MPa，是硼化锆-碳化硅（ZrB₂-20份SiC）基复合材料的1.57~2.36倍。