[发明专利]一种燃烧合成制备ZrTiCB四元陶瓷粉体的方法

说明书

本发明公开了一种燃烧合成制备ZrTiCB四元陶瓷粉体的方法，包括如下步骤：将锆粉、钛粉、碳粉和硼粉混匀并压坯，得到相对密度为40％～60％的预制块；采用通电钨丝发热诱导预制块中各原料组分之间发生自蔓延燃烧反应；反应得到的产物冷却后研磨制得Zr_0.8Ti_0.2C_1‑xB_x陶瓷粉体；其中，x取值范围为：0≤x≤0.15。本发明的燃烧合成制备Zr_0.8Ti_0.2C_1‑xB_x陶瓷的方法，使用单质粉末作为原料，利用原料间反应放热来完成材料的合成，具有工艺简单、制备周期短、能耗低成本低等特点。

技术领域

本发明涉及燃烧合成技术领域。更具体地，涉及一种燃烧合成制备ZrTiCB四元陶瓷粉体的方法。

背景技术

ZrC、ZrB₂均为常见的超高温陶瓷材料，具有高熔点、高硬度、高热导、抗热震、抗氧化、以及耐烧蚀等特性，可作为高温结构材料应用于高超声速飞行器的鼻锥、前缘以及超燃冲压发动机燃烧室的关键热端部件。Zr和Ti，C和B的原子半径接近，能够形成置换固溶体，使材料性能得到进一步的提升。已有报道，发现四元Zr_0.8Ti_0.2C_0.74B_0.26陶瓷具有优良的高温耐氧化、抗烧蚀等性能。通过Ti、B的固溶形成的四元Zr_0.8Ti_0.2C_1-xB_x陶瓷在硬度、韧性等机械性能，较ZrC、ZrB₂等超高温陶瓷材料性能显著提升，是一类性能优异的新型超高温陶瓷材料。

目前Zr_0.8Ti_0.2C_1-xB_x体系的制备方法包括反应熔渗、包埋渗，然而现有的方法制备周期长，工艺复杂，成本高，且产物中的B含量不易调控，无法获得Zr、Ti、C、B比例稳定的产物。

因此，本发明提供了一种B含量可控的燃烧合成制备ZrTiCB四元陶瓷粉体的方法。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种燃烧合成制备ZrTiCB四元陶瓷粉体的方法。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种燃烧合成制备ZrTiCB四元陶瓷粉体的方法，包括如下步骤：

将锆粉、钛粉、碳粉和硼粉混匀并压坯，得到相对密度为40％～60％的预制块；采用通电钨丝发热诱导预制块中各原料组分之间发生自蔓延燃烧反应；反应得到的产物冷却后研磨制得Zr_0.8Ti_0.2C_1-xB_x陶瓷粉体；其中，x取值范围为：0≤x≤0.15。本发明采用的燃烧合成法是一种利用原料自身反应放热完成材料合成的制备方法，具有工艺简单、制备周期短、低能耗低成本等优势；此外，通过Zr、Ti、C、B原料比例的精确控制，同时利用粉体原料之间的强放热反应，可燃烧合成制得四元Zr_0.8Ti_0.2C_1-xB_x陶瓷。

优选地，所述锆粉、钛粉、碳粉和硼粉的摩尔比为0.8:0.2:1-x:x，其中0≤x≤0.15。

优选地，所述自蔓延燃烧反应在氩气气氛且气压为0.1～10MPa条件下进行。本发明中的气压范围内，气压的变化对陶瓷粉体的性能几乎无影响。

如无特殊说明，本发明所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。

本发明的有益效果如下：