[发明专利]一种层状复合碳化硼基陶瓷材料及其制备方法

权利要求书

1.一种层状复合碳化硼基陶瓷材料，其特征在于由B₄C陶瓷基体层与复合层构成，其中B₄C陶瓷基体层的成分为94.5wt%B₄C，2.5wt%钛粉和3wt%炭黑；复合层组成为Al/B₄C渗铝层或Al/B₄C渗铝层和TiB₂/B₄C中间层；所述的Al/B₄C渗铝层由多孔碳化硼预烧体层经真空熔渗铝后制得，渗入的铝占整个渗铝层质量的20wt%；所述的TiB₂/B₄C中间层由B₄C和TiB₂粉体按质量比B₄C:TiB₂=7:3配料经热压成型和熔渗后得到；当层状复合碳化硼基陶瓷材料的B₄C陶瓷基体层为受力面时，其硬度为33.0-34.2GPa，断裂韧性为4.8-6.0MPa·m^1/2，抗弯强度为266-275.0MPa；当层状复合碳化硼基陶瓷材料的Al/B₄C渗铝层为受力面时，其硬度为72.5HRA，断裂韧性为5.8-6.1MPa·m^1/2，抗弯强度为88.0-168.4MPa。

2.根据权利要求1所述的一种层状复合碳化硼基陶瓷材料，其特征在所述的多孔碳化硼预烧体层是由平均粒度分别为4.4μm和260μm的两种碳化硼粉末按质量比7：3混合，经热压预烧而成。

3.如权利要求1所述的一种层状复合碳化硼基陶瓷材料的制备方法，其特征在于按以下步骤进行：

（1）基体层和复合层按照比例进行配料， B₄C陶瓷基体层原料按平均粒径为4.4μm的碳化硼粉体占原料总量94.5 wt%，平均粒径为48μm的钛粉占原料总量2.5wt%和平均粒径为0.8μm 的炭黑占原料总量3wt%进行配料；复合层中多孔碳化硼预烧体层原料按粒径为260μm的B₄C粉体和粒径为4.4μm的B₄C粉体质量比7:3配料；配料完成后进行球磨混料，对B₄C陶瓷基体层原料进行球磨湿混6h，球磨介质为无水乙醇，球磨球为Si₃N₄球，然后在烘箱中于60℃烘干18h；对复合层的多孔碳化硼预烧体层两种不同粒度的碳化硼粉末球磨干混4h，球磨介质为弹簧状铁丝，得到分别混合均匀的粉体；将混合均匀两层粉体共同在5.5~6MPa压力下逐层模压成型，得到双层复合粉体；

（2）将模压成型的双层复合粉体置于热压烧结炉中，抽真空至低于30Pa，以5～8℃/min的升温速率升温至1500℃保温30～80min，然后以4～7℃/min的升温速率升温至1860～1920℃，压力保持在28 MPa，保温30～50min，得到双层碳化硼基多孔结构预烧体；

（3）将双层碳化硼基多孔结构预烧体置于真空熔炼炉中，将铝合金块置于双层碳化硼基多孔预烧体上方，进行真空熔渗铝，抽真空至真空度为5～10Pa，通电升温至700℃，保温30 min，再升温至1000～1080℃下保温70~120min，整个过程的升温速率为200℃/h，控制恒温精度在±5℃范围内，得到双层复合碳化硼基陶瓷材料。