[发明专利]过渡金属硼化物-玻璃超高温抗氧化复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种过渡金属硼化物‑玻璃超高温抗氧化复合材料，该复合材料由过渡金属硼化物和玻璃制成，所述过渡金属硼化物为HfB₂、ZrB₂或TiB₂，所述玻璃为硅酸盐玻璃。本发明还提供了一种制备该过渡金属硼化物‑玻璃超高温抗氧化复合材料的方法，包括以下步骤：一、将过渡金属硼化物粉末和玻璃粉末加入高能球磨机中球磨，得到混合粉末；二、将混合粉末压制成型，得到压坯；三、对压坯进行无压烧结，得到过渡金属硼化物‑玻璃超高温抗氧化复合材料。本发明复合材料能够在高温氧化环境中原位生成以氧化物为“骨架”、硼硅酸盐玻璃为填充剂的复合氧化膜，具有优良的高温抗氧化能力和良好的抗高温高速气流冲刷的能力。

技术领域

本发明属于超高温防护技术领域，具体涉及一种过渡金属硼化物-玻璃超高温抗氧化复合材料及其制备方法。

背景技术

在所有过渡族金属的硼化物中，IVB族金属的硼化物在1500℃时具备最优的高温抗氧化性能。同时，超高温硼化物陶瓷熔点高，并兼具良好的化学稳定性和高温力学性能，在超高温领域有着广阔的应用前景。硼化物陶瓷通过热压烧结工艺单独作为热端部件，或作为碳-碳复合材料的高温防护涂层中的重要组元，得到了广泛的应用。

然而，超高温硼化物陶瓷的高温抗氧化性能受到氧化产物(B₂O₃)物理性质的限制。当温度升高至1200℃左右时，氧化生成的B₂O₃玻璃膜软化，黏度降低，对氧的阻挡效果有限；当氧化温度进一步升高至B₂O₃的挥发温度即1500℃时，B₂O₃挥发严重，这导致硼化物陶瓷在高温下氧化速率过快。而且，超高温硼化物陶瓷自身熔点高达3000℃左右，即使在添加助熔剂的情况下采用热压烧结工艺，硼化物块体材料的制备温度也在2000℃左右，过高的烧结制备温度也限制了其在超高温领域的应用。

玻璃涂层自身具备非常高的化学和高温稳定性，不存在晶界等短路扩散通道，对氧的阻挡作用极强，且具备优异的耐烧蚀性能。

本发明经过长期深入研究发现，若将超高温硼化物与玻璃陶瓷进行复合，在高温氧化环境中原位生成以氧化物为“骨架”、硼硅酸盐玻璃为填充剂的复合氧化膜，在不影响硼化物陶瓷抗热冲刷性能的同时，可以显著提高材料的高温抗氧化性能，同时改善复合材料的制备特性。然而，截至目前，尚未发现过渡金属硼化物-玻璃超高温抗氧化复合材料的相关技术见诸报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种过渡金属硼化物-玻璃超高温抗氧化复合材料，该过渡金属硼化物-玻璃复合超高温抗氧化复合材料可在高温氧化环境中原位生成以氧化物为“骨架”、硼硅酸盐玻璃为填充剂的复合氧化膜，具有优良的高温抗氧化能力和良好的抗高温高速气流冲刷的能力。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：过渡金属硼化物-玻璃超高温抗氧化复合材料，其特征在于，该复合材料由过渡金属硼化物和玻璃制成，所述过渡金属硼化物为HfB₂、ZrB₂或TiB₂，所述过渡金属硼化物的质量占复合材料总质量的85％～95％，所述玻璃为硅酸盐玻璃，所述复合材料在1100℃～1800℃高温条件下具有抗氧化和抗热冲刷能力。

上述的一种过渡金属硼化物-玻璃超高温抗氧化复合材料，其特征在于，所述硅酸盐玻璃的化学成分按质量百分比计为：B₂O₃ 3％～20％，Al₂O₃ 2％～15％，ZrO₂ 3％～10％，CaO或SrO 3％～5％，KNO₃或Na₂O或ZnO 5％～20％，余量为SiO₂。