[发明专利]超高温HfC-SiC复相陶瓷及其制备方法

说明书

本发明是关于一种超高温HfC‑SiC复相陶瓷及其制备方法，其制备方法包括：将碳化铪、含硅原料和炭黑粉湿法球磨混料，得到混合料浆；将所述的混合料浆过筛，烘干，冷压成型，得到坯体；将所述的坯体热压烧结，得到超高温HfC‑SiC复相陶瓷；其中所述的混合料浆，以重量百分比计，其包括：碳化铪：73.5‑95.7％；含硅原料：3.0‑19.5％；炭黑粉：1.3‑3.5％；其中含硅原料中的各元素的总摩尔数与炭黑粉中的碳元素的摩尔数的比例为1:1.01。本发明能够有效降低HfC‑SiC复相陶瓷的烧结致密化温度，同时提高其抗氧化及力学性能。

技术领域

本发明涉及一种复相陶瓷及其制备方法，特别是涉及一种超高温HfC-SiC复相陶瓷及其制备方法。

背景技术

目前，高超音速飞行器是国防最为前沿和尖端的技术之一，主要包括超音速火箭、巡航与弹道导弹、再入大气层飞行器等。在长时间高超声速巡航、跨大气层飞行和大气层再入等极端环境下，飞行器机翼前缘和鼻锥等关键部件在飞行过程中与大气剧烈摩擦，产生极高的温度。超高温陶瓷材料具有突出的高熔点、高热导率和高弹性模量，并且具有较高的高温力学性能，是新型空天飞行器超高温防护的候选材料。

HfC作为一种超高温陶瓷材料，由于其较高的共价键和较低的晶格扩散系数，单相陶瓷难以烧结和致密化。另外，单相HfC陶瓷具有较大的脆性、较低的抗氧化性，需要添加助剂和抗氧化组元并采用强化烧结工艺实现超高温陶瓷的致密化。目前，超高温陶瓷材料的致密化工艺主要有热压烧结(hot pressing sintering,HP)、放电等离子烧结(sparkplasma sintering,SPS)、反应热压烧结(reactived hot pressing sintering,RHP)和无压烧结(Pressureless sintering,PS)等。

超高温HfC-SiC复相陶瓷的RHP工艺将反应与HP有机结合，实现HfC陶瓷材料致密化的同时原位引入SiC成分，有利于HfC陶瓷晶粒细化与低温烧结。同时，SiC作为低温抗氧化组分可以提高HfC陶瓷的低温抗氧化性能。RHP工艺具有烧结温度低、成本低等优点，并且可以通过调整反应成分达到进一步降低烧结温度，同时改善材料抗氧化性能的目的，是一种简单有效的致密化工艺。但现有技术中，存在以下主要缺点：1)采用全反应体系原料，微观结构难以控制，成本高；2)烧结温度高。

发明内容

本发明的主要目的在于，提供一种新型的超高温HfC-SiC复相陶瓷及其制备方法，所要解决的技术问题是使其有效降低HfC-SiC复相陶瓷的烧结致密化温度，同时提高其抗氧化及力学性能，从而更加适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种超高温HfC-SiC复相陶瓷的制备方法，其包括：

将碳化铪、含硅原料和炭黑粉湿法球磨混料，得到混合料浆；

将所述的混合料浆过筛，烘干，冷压成型，得到坯体；

将所述的坯体热压烧结，得到超高温HfC-SiC复相陶瓷；

其中所述的混合料浆，以重量百分比计，其包括：

碳化铪：73.5-95.7％；

含硅原料：3.0-19.5％；

炭黑粉：1.3-3.5％；

其中含硅原料中的各元素的总摩尔数与炭黑粉中的碳元素的摩尔数的比例为1:1.01。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

优选的，前述的超高温HfC-SiC复相陶瓷的制备方法，其中所述的碳化铪的粒径D50为0.5-2.0μm。