[发明专利]碳化硼碳化硅复相陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及陶瓷材料领域，尤其涉及一种碳化硼碳化硅复相陶瓷及其制备方法。

背景技术

碳化硼（B₄C)是一种不固定化学配比共价键化合物，具有开放多型晶体结构。其比重轻、强度大、硬度仅次于金刚石和立方氮化硼、熔点高、中子吸收性强。上述特点使碳化硼陶瓷成为潜在重要结构候选材料，尤其适合用作轻装甲和核反应堆屏蔽材料。

碳化硼是性能极为优异的材料，但因为其共价键结构，自扩散系数小，烧结极为困难。传统的碳化硼陶瓷大都通过温度高达2200℃～2300℃热压、热等静压和常规烧结获得。热压烧结的温度需在2000℃以上，热压设备结构复杂、价格昂贵、不易控制；热压制品形状单一，热压烧结陶瓷不易实现规模生产，生产效率低，产品报废率高，能耗高，对装备的技术要求很高，直接造成生产成本居高不下。而热压和热等静压技术还只是人们探索新材料的一种研究手段而已，基本不能实现产业化和规模生产。

如中国发明专利申请（申请号：200610042047.X 申请日：2006-01-18）公开了碳化硼基复合防弹陶瓷及其制备方法，该陶瓷的组分如下:碳化硼85～95份,碳化硅晶须1～15份,硅粉2～15份,硼化物1～5份,均为重量份。将碳化硼粉体、碳化硅晶须、硅粉和硼化物以无水乙醇为介质,球磨混合,真空条件下烘干,制备混合粉末;加入到石墨模具中,层与层之间用石墨垫片和石墨纸隔开,热压烧结,温度为1700～2000℃,压力为30～40MPa。

如中国发明专利申请（申请号：200910098949.9 申请日：2009-05-22）公开了一种碳化硅加碳复相陶瓷密封材料及其制备方法，各组分重量配比为:碳化硅粉体100份,碳化硼0.1份～1份,碳粉5份～30份,粘结剂PVA0.5份～3份,分散剂0.5份～1.5份。制备方法依次包括以下步骤:(1)将原料按一定比例配比后加入到去离子水中,经球磨混合,配制成固相重量含量为40%～60%水基碳化硅复合料浆;(2)采用喷雾造粒工艺对料浆进行喷雾干燥,得到碳化硅造粒粉;(3)对粒粉采用140MPA干压预压和200MPA冷等静压终压的两步方式成型,获得高密度的密封材料坯体;(4)将坯体放在真空无压烧结炉中,升温至2000℃～2100℃,保温1小时～1.5小时,烧结得到碳化硅加碳复相陶瓷密封材料。

如中国发明专利申请（申请号：200310107765.7 申请日：2003-12-19）公开了碳化物陶瓷防弹板材料及其陶瓷防弹板的制造方法，各成分质量百分比分别为碳化硅和碳化硼粉末占70～92,Al-Y系添加剂占5.5～25,CeO₂或La₂O₃占0.5～3.0。所述碳化硅与碳化硼的质量比为1∶20～20∶1。陶瓷防弹板的制造方法:首先,按常规方法将碳化硅和碳化硼粉末及添加剂混合成形,然后将压坯置于真空烧结炉中,先将真空炉抽成真空,再用氩气冲洗三次。升温烧结,升温的速率为5～30℃/min,升温到1750～2050℃后,保温240～480分钟,烧结在氩气中进行。

如中国发明专利申请（申请号：200310107762.3 申请日：2003-12-19）公开了液相烧结复合碳化物陶瓷材料及其陶瓷制品的制造方法，由下列原料按重量百分比混合而成:碳化硅粉末占2～92、碳化硼粉末占2～92、Al-Y系添加剂占5～25、CeO₂或La₂O₃占0.5～3.0。本发明按常规方法将复合碳化物陶瓷材料进行混料、制粉和成形;然后,将粉末压坯置于真空烧结炉中,先抽真空,再用氩气冲洗三次,升温烧结,升温速度为5～10℃/min,升温到1700～2000℃后,保温150～500分钟,烧结在真空或流动的氩气中进行。

如中国发明专利（申请号：200910020810.2 申请日：2009-01-05）公开了一种碳化硅基增强复合陶瓷及制备方法，该方法按重量百分数,包括下述组分:碳化硅粉末30%～40%、碳化硼粉末5%～17%、纳米碳黑9%～12%、金属硅40%～50%。先将碳化硅粉末、碳黑、碳化硼粉末球磨湿混,得到混合粉末,加入粘接剂PVB造粒,模压成型,然后将成型生坯烘干后,放入空气炉中排胶。最后将其放入石墨坩埚中,坩埚内事先放入硅粉,在真空条件下于1450-1550℃保温1～3小时完成渗硅烧结,即获得烧结体。