[发明专利]一种ZrC-SiC复相陶瓷材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复相陶瓷材料的制备方法，具体说，是涉及一种含有ZrC和SiC两物相的复相陶瓷材料的制备方法，属于陶瓷材料技术领域。

背景技术

随着航天技术的发展，尤其是伴随着高超声速飞行器的提出，航天飞行速度得到了大幅度的提高。由于飞行器在服役过程中将承受巨大的启动加热，飞行器表面温度达到2000℃以上。因此寻求能够在2200～3000℃高温环境中稳定工作的耐超高温材料成为研究的目标。

超高温陶瓷(Ultra-high-temperature ceramics，UHTCs)是指由一些过渡金属的硼化物及碳化物组成的多元复合陶瓷体系，如H_fB₂、H_fC、ZrB₂、ZrC等。这些材料的熔点超过3000℃，有良好的热化学稳定性，高的导热、导电性能并且在1600℃以上具有优异的抗氧化性。

碳化锆(ZrC)具有高熔点、高模量、高硬度、高的热导率和电导率，无相变和良好的抗热震性能，成为高温结构应用的潜在候选材料。相比ZrC来说，碳化硅(SiC)作为基体具有耐高温、硬度大、强度高、模量高、高温性能优异等优点，同时其高温氧化后在材料表面形成一层SiO₂薄膜，能够避免氧化性气体与复合材料直接接触，从而达到提高复合材料抗氧化性能的目的。研究表明：含有ZrC和SiC两物相的复相陶瓷材料既具有ZrC又具有SiC的双重性能优点，可望在超高温领域得到广泛应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种操作简单、可规模化实施的ZrC-SiC复相陶瓷材料的制备方法，以实现ZrC-SiC复相陶瓷材料在超高温领域的广泛应用。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种ZrC-SiC复相陶瓷材料的制备方法，是一种原位反应法，即：首先将酚醛树脂、锆粉、硅粉加入有机溶剂中，球磨使混合均匀；然后干燥除去有机溶剂，制得先驱体粉末；再将先驱体粉末在800～1000℃进行裂解处理；裂解处理后，再在惰性气氛下，于1500～1800℃进行热处理。

所述的有机溶剂优选为乙醇。

所述的干燥优选为真空干燥。

所述的裂解处理时间优选为20～40分钟。

所述的惰性气氛优选为氩气氛。

所述的热处理时间优选为0.5～2小时。

与现有技术相比，本发明提供的ZrC-SiC复相陶瓷材料的制备方法，具有操作简单，成本低，可规模化实施及可任意调节其中两相比例等优点，有助于实现ZrC-SiC复相陶瓷材料在超高温领域的广泛应用。

附图说明

图1为实施例1制得的ZrC-SiC复相陶瓷材料的XRD谱图；

图2为实施例1制得的ZrC-SiC复相陶瓷材料的SEM照片。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细、完整地说明。

实施例1

将10g锆粉、0.77g硅粉和5g酚醛树脂加入100ml乙醇中，球磨使混合均匀；在100℃真空干燥12小时，以除去乙醇，得到先驱体粉末；将先驱体粉末放在石墨坩埚中于900℃进行裂解处理30min；裂解处理后，再在Ar气氛中，于1500℃进行热处理2小时，热处理结束，即得所述的碳化锆-碳化硅复相陶瓷材料。

所制备的复相陶瓷材料中含ZrC的理论值为83.3vol％。

图1为本实施例制得的复相陶瓷材料的XRD谱图，由图1可见：所制备的复相陶瓷材料中含有ZrC和SiC两种物相。

图2为本实施例制得的ZrC-SiC复相陶瓷材料的SEM照片，由图2可见：所制备的ZrC-SiC复相陶瓷材料为纳米粉体，平均粒径在50～200nm，且纳米颗粒分散较均匀。

实施例2

将10g锆粉、1.26g硅粉和5.6g酚醛树脂加入100ml乙醇中，球磨使混合均匀；在100℃真空干燥12小时，以除去乙醇，得到先驱体粉末；将先驱体粉末放在石墨坩埚中于800℃进行裂解处理40min；裂解处理后，再在Ar气氛中，于1800℃进行热处理0.5小时，热处理结束，即得所述的碳化锆-碳化硅复相陶瓷材料。

所制备的复相陶瓷材料中含ZrC的理论值为75vol％。

实施例3