[发明专利]一种硼化锆基陶瓷及其制备方法

说明书

本发明涉及陶瓷材料领域，具体涉及一种硼化锆基陶瓷及其制备方法。本发明提供的硼化锆基陶瓷的制备方法，包括以下步骤：步骤1：在碱性条件下通过造粒工艺制备硼化锆造粒球，将所述硼化锆造粒球与二氧化锆粉体进行混料，得到硼化锆‑二氧化锆复合粉体；步骤2：将所述硼化锆‑二氧化锆复合粉体进行排胶，放电等离子烧结，在外加电场的辅助下闪烧得到所述硼化锆基陶瓷。本发明通过在在硼化锆周围分布三维网状结构的二氧化锆，使在闪烧过程中温度高于炉内温度，从而达到硼化锆基陶瓷烧结致密所需的温度，并且实现硼化锆陶瓷的闪烧。由该方法可快速制备硼化锆基陶瓷，并且其致密性能良好且耐高温，可广泛应用于发热元件和航天器件等领域。

技术领域

本发明涉及陶瓷材料领域，具体涉及一种硼化锆基陶瓷及其制备方法。

背景技术

硼化锆因为具有高强度、高硬度、高熔点、良好的导电性、导热性、阻燃性、抗氧化性和耐腐蚀性等特点，使得硼化锆基超高温陶瓷已成为高超声速飞行器热防护系统和火箭推进系统等部件最具有前景的候选材料。但因为其具有很强的共价键，在缺少烧结助剂的情况下很难烧结致密。

闪烧技术作为一种新型电场辅助陶瓷烧结的方法，近些年得到了快速的发展，但闪烧还主要用于离子导体、绝缘体、半导体等陶瓷材料中。而硼化锆具有与金属相似的导电性，通常其导电性能随温度的增加而降低，使得此类材料在闪烧前需要很高的坯体密度，才能达到烧结温度。因此如何采用更简便的方法使硼化锆基陶瓷烧结致密并且实现闪烧成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种硼化锆基陶瓷及其制备方法，通过在硼化锆周围分布三维网状结构的二氧化锆，形成焦耳热效应使样品的温度远远高于炉内温度，从而达到硼化锆基陶瓷烧结致密所需的温度。由该方法制备的硼化锆基陶瓷致密性能良好且耐高温，可广泛应用于发热元件和航天器件等领域。

本发明提供了一种硼化锆基陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：在pH值为9.2～9.8的碱性条件下通过造粒工艺制备硼化锆造粒球，将所述硼化锆造粒球与二氧化锆粉体进行混料，得到硼化锆-二氧化锆复合粉体；

步骤2：将所述硼化锆-二氧化锆复合粉体进行排胶，放电等离子烧结，得到所述硼化锆基陶瓷。

更优选的，步骤1中的碱性条件具体为pH＝9.5。

优选的，步骤1中所述硼化锆造粒球与所述二氧化锆粉体的体积比为(60～99)：(1～40)。

更优选的，步骤1中所述硼化锆造粒球与所述二氧化锆粉体的体积比为4:1或85:15。

优选的，所述硼化锆造粒球由以下步骤制得：

步骤a：在去离子水中加入有机碱并调节pH值为9.2～9.8，加入硼化锆粉体，搅拌得到第一浆料；

步骤b：将所述第一浆料加入粘结剂进行球磨，得到第二浆料；

步骤c：将所述第二浆料进行喷雾造粒得到所述硼化锆造粒球。

优选的，步骤1中所述混料为湿混。

优选的，所述湿混的溶剂为乙醇、丙酮、丁酮或甲醇。

更优选的，所述湿混的溶剂为pH为10.5的丙酮或pH为10.5的乙醇。

优选的，步骤2中所述放电等离子烧结的升温速率为50～200℃/min。

更优选的，步骤2中所述放电等离子烧结的升温速率为100℃/min。

优选的，步骤2中所述放电等离子烧结的保温时间为15s～35s。

更优选的，步骤2中所述放电等离子烧结的保温时间为15s、30s或35s。