[发明专利]一种氮化硼纳米管增韧碳化钛中子吸收陶瓷的制备方法

说明书

本发明公开了一种氮化硼纳米管增韧碳化钛中子吸收陶瓷的制备方法，包括：步骤一、按摩尔比称取二氧化钛，炭黑及氮化硼纳米管，在氮气保护下分别球磨得到初步球磨粉末；步骤二、将二氧化钛的初步球磨粉末及氮化硼纳米管的初步球磨粉末分别加入到聚乙烯醇水溶液中，将炭黑初步球磨粉末加入到胆酸钠水溶液中，并进行超声分散后混合得到混合液；步骤三、对混合液进行喷雾造粒，并多次进行真空抽滤‑冲洗过程，再经干燥、研磨、过筛得到复合粉体；步骤四、将复合粉体进行低温烧结；步骤五、将低温烧结粉体装入模具中，在真空条件下进行热压烧结成型。采用本发明提供制备方法，制得的碳化钛陶瓷中具有良好的防中子辐射性能。

技术领域

本发明属于特种陶瓷材料技术领域，特别涉及一种氮化硼纳米管增韧碳化钛中子吸收陶瓷的制备方法。

背景技术

碳化钛(TiC)陶瓷是近年来发展较快的一种新型陶瓷材料，TiC属面心立方晶型，熔点高，导热性能好，硬度大，耐磨性好，化学稳定好，又有一定的韧性和可塑性，是一类非常重要的高性能结构材料；另一方面，TiC的熔点(3250℃)大幅高于碳化钨的熔点(2630℃)而其密度却只有WC的1/3，并且其抗氧化性远胜于WC；TiC不水解，高温抗氧化性好，可用于填补WC-Co系硬质合金和氧化铝陶瓷刀具材料之间的间隙。但目前已有的大多数制备工艺往往只能提高TiC基金属陶瓷材料的单一性能指标，而缺少提高其综合性能的研究成果。因此，目前的研发核心不仅要低成本的制备碳化钛陶瓷，保证高硬度，还要同时具备较高的力学性能、高温稳定性以及防辐射性能等综合性能。

氮化硼纳米管(BNNTs)与碳纳米管(CNTs)的结构及理化性能均十分相似，如低密度、高强度、高导热性等，而不同点在于BNNTs是绝缘体，且具有更高的化学稳定性和高温抗氧化能力，更因B原子的存在使得BNNTs可以吸收中子具有防辐射特性。故而将BNNTs掺杂到TiC陶瓷中，既可以保持TiC陶瓷的高硬度、高导热性、耐磨性、化学稳定性，又可以赋予其更加优越的高温抗氧化性、高温力学性能及防中子辐射性能，使得BNNTs增韧TiC陶瓷可以用于各种苛刻的特种环境中，如高温反应容器、核反应堆、燃气轮机的燃烧器、火箭推进器高温组件、空间飞行器防辐射部件、坦克防护装甲等。

发明内容

本发明的目的是提供一种氮化硼纳米管增韧碳化钛中子吸收陶瓷的制备方法，其将氮化硼纳米管结合到碳化钛陶瓷中，能够保持碳化钛陶瓷的高硬度、高导热性、耐磨性、化学稳定性，同时能够提高碳化钛陶瓷的防中子辐射性能。

本发明提供的技术方案为：

一种氮化硼纳米管增韧碳化钛中子吸收陶瓷的制备方法，包括：

步骤一、按摩尔比称取100份二氧化钛，300份炭黑以及5～50份氮化硼纳米管，在氮气保护下分别球磨得到初步球磨粉末；

步骤二、将二氧化钛的初步球磨粉末及氮化硼纳米管的初步球磨粉末分别加入到聚乙烯醇水溶液中，将炭黑的初步球磨粉末加入到胆酸钠水溶液中，分别得到二氧化钛分散液、氮化硼纳米管分散液及炭黑分散液；将二氧化钛分散液、氮化硼纳米管分散液及炭黑分散液混合得到混合液；

步骤三、对所述混合液进行喷雾造粒，并多次进行真空抽滤和冲洗，再经干燥、研磨、过筛得到复合粉体；

步骤四、将所述复合粉体在真空条件下升温、保温，冷却，得到低温烧结粉体；

步骤五、将所述低温烧结粉体装入模具中，在真空条件下，热压烧结成型。

优选的是，在所述步骤二中，将二氧化钛和氮化硼纳米管的初步球磨粉末分别加入到聚乙烯醇水溶液中，将炭黑的初步球磨粉末加入到胆酸钠水溶液中，进行超声分散。

优选的是，所述超声分散的方法为在零度以下的冰水浴中超声分散24h。

优选的是，在所述步骤四中，在真空度小于300Pa的条件下，将所述复合粉体以10℃/min的升温速率升至800℃并保温2～4h，冷却，到低温烧结粉体。