[发明专利]一种热压烧结制备的二硼化钛-氮化硼-碳化硅陶瓷复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种热压烧结制备的二硼化钛‑氮化硼‑碳化硅陶瓷复合材料及其制备方法，属于陶瓷材料技术领域。其由原料TiB₂‑BN‑SiC粉体经过热压烧结技术烧结而成，所述原料混合粉体按体积百分比计，包括二硼化钛粉体24％‑25.8％，氮化硼粉体72％，碳化硅粉体2.2％‑4％。本发明提供的TiB₂‑BN‑SiC复相陶瓷热稳定性好，电阻特性优异，力学性能优良。

技术领域

本发明涉及一种陶瓷复合材料及其制备方法，尤其涉及一种热压烧结制备的TiB₂-BN-SiC陶瓷复合材料及其制备方法。

背景技术

TiB₂-BN复相陶瓷同时具有TiB₂和BN的优异性能，如良好的导电性、抗热冲击性、易机械加工性、耐腐蚀性等特点，通过控制二者之间的配比、粒径比、烧结温度和烧结制度可获得所需电阻率的TiB₂-BN复相导电陶瓷。

在金属蒸镀行业中，具有合适的电阻率和电阻温度系数的陶瓷是用于制备蒸发舟的关键材料。但同时还需要蒸发舟具有优异的力学性能和热稳定性能，金属蒸镀所用到的蒸发舟的工作条件较为极端，例如蒸发舟在蒸镀铝材时的工作温度为1450℃以上，未使用时为常温，则蒸发舟必定会经过多次的冷热循环，因此良好的热稳定性是提高舟体寿命的重要性质。优异的力学性能是保持舟体在使用过程中较为坚固不易开裂的重要因素。然而，目前国内的TiB₂-BN陶瓷在稳定性上仍然存在较大的问题，2008年，陈永虹等通过添加AlN来提高陶瓷的抗腐蚀性能及热稳定性，其获得的样品电阻率符合要求但在致密度和力学性能上并不达标。SiC具有高硬度、高磨削性、耐高温、耐氧化等特性，将SiC加入TiB₂-BN体系中可以排除TiB₂表面的富氧层，可以提高TiB₂烧结致密度，弥散分布的SiC能够在很大程度上提高TiB₂材料的断裂韧性。此外，由于SiC具有半导体特性，温度升高时产生更多的电子-空穴对，载流子密度增加电阻率减小，因此适量的SiC、的加入可以对TiB₂-BN陶瓷的电阻率起到调节和稳定的作用。

通过文献调研得知，TiB₂-BN-SiC体系的研究较少，现有研究的TiB₂-BN基陶瓷材料在满足材料力学性能的优异性时，其电阻率远超所需范围，陶瓷材料的电阻率和力学性能往往不能同时达到最优，因此制备一种力学强度较好、热稳定性适中且电阻率满足所需范围的陶瓷是金属蒸镀行业中急需解决的。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种热压烧结制备的TiB₂-BN-SiC陶瓷复合材料及其制备方法。该TiB₂-BN-SiC陶瓷热稳定性好，电阻特性优异，力学性能优良。

为了达到以上目的，本发明采取如下技术方案予以实现：

一种热压烧结制备的TiB₂-BN-SiC复相陶瓷，由原料TiB₂-BN-SiC粉体经过热压烧结技术烧结而成，所述原料混合粉体按体积百分比计，包括二硼化钛粉体24％-25.8％，氮化硼粉体72％，碳化硅粉体2.2％-4％。

按上述方案，所述的热压烧结为：将原料混合粉体置于热压烧结设备(HP)中，在真空条件下升温到1000-1200℃，后在惰性气氛下持续升温并加压至烧结温度，并在此温度下保温烧结，然后自然冷却，即可得到TiB₂-BN-SiC陶瓷复合材料。

按上述方案，热压烧结制备的TiB₂-BN-SiC复相陶瓷的表观相对密度大于95.5％，抗弯强度在185-195MPa，热膨胀系数在5.0×10^-6-5.5×10^-6/K，电阻率10-600mΩ·cm。