[发明专利]一种高致密纳米碳化硼陶瓷材料的制备方法

说明书

一种高致密纳米碳化硼陶瓷材料的制备方法，其特征在于该方法的步骤是：（1）将初始材料纳米碳化硼或纳米碳材料与无定型硼粉按比例均匀混合形成混合物，初始材料的配比为B_xC中的B/C原子比为4≤x10；（2）将混合物球磨4‑24 h，进一步混合均匀，同时细化大颗粒，得到混合粉末；（3）将混合粉末在成型设备中预压成初坯；（4）在烧结设备中对初坯用高压烧结法或者放电等离子体法进行短时低温烧结，就得到高致密纳米碳化硼陶瓷材料。这种高致密纳米碳化硼陶瓷材料制备方法简单易行，条件容易控制，产物组分可调范围大，适合规模化生产，制备的纳米碳化硼陶瓷材料具有超硬、高模量、高断裂韧度，力学性能明显高于普通碳化硼陶瓷。

技术领域

本发明涉及一种纳米陶瓷材料的制备方法，具体为高致密纳米碳化硼陶瓷的制备方法。

背景技术

随着工业发展的需要以及材料科学的不断突破和创新，各种高强度、高硬度、抗腐蚀和耐高温的新型材料应运而生。碳化硼陶瓷作为自然界第三硬的材料(维氏硬度30GPa，莫氏硬度9.3)，硬度仅次于金刚石和立方氮化硼，并且具有低密度（2.52 g/cm³）、高模量、高熔点(2450 ^oC)、高中子吸收截面以及优良的抗氧化性、耐磨性和高温热电性等特点，可用作轻质陶瓷装甲材料、核防护材料、喷嘴和研磨用耐磨部件材料、高温热电材料等。然而，脆性是陶瓷材料致命的弱点，碳化硼材料也不例外，其断裂韧度为2-3 MPa·m^1/2。脆硬特性使得其加工性能差，极易产生微裂纹，很大程度上影响了材料性能的一致性和可靠性，严重制约了其推广应用。因此，如何在保持高硬度、高强度的基础上，改善脆性成为该材料在实际中能否被广泛应用的关键。

要抑制脆性断裂，实现陶瓷力学性能的整体提升，“纳米化”是最好的选择之一。纳米陶瓷是指显微结构中，晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、气孔尺寸、缺陷尺寸都在纳米尺度（1-100 nm）上的陶瓷材料，因其克服了传统陶瓷脆性较大的致命缺点，并在超塑性、铁电性能和力学性能等方面具有特殊的性能，受到人们的广泛关注。