[发明专利]一种原位反应热压制备锆铝硅碳陶瓷块体材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及耐超高温陶瓷的制备技术，特别提供了一种原位反应热压制备锆铝硅碳(Zr₃[Al(Si)]₄C₆和Zr₂[Al(Si)]₄C₅)陶瓷块体材料的方法。

背景技术

锆铝硅碳(Zr₃[Al(Si)]₄C₆和Zr₂[Al(Si)]₄C₅)陶瓷块体材料是新型的耐超高温、抗氧化的三元材料。它们综合了高模量、高硬度、抗氧化、耐腐蚀、高电导率、热导率、较强的破坏容忍性等优点。在航空、航天、核工业、超高温结构件等高新技术领域都有广泛的应用前景。尽管锆铝硅碳(Zr₃[Al(Si)]₄C₆和Zr₂[Al(Si)]₄C₅)块体材料具有如此优异的性能，制备上的困难限制了对其性能的研究与它的应用。迄今为止关于锆铝硅碳(Zr₃[Al(Si)]₄C₆和Zr₂[Al(Si)]₄C₅)陶瓷块体材料制备方面的文献报道只有两篇。文献1(J.Mater.Res.(材料研究学报)22(2007)2888)和文献2(J.Solid State Chem.(固态化学杂志)180(2007)1809)中用电脉冲烧结技术在1700℃，40MPa压力下分别烧结了Zr₃[Al(Si)]₄C₆和Zr₂[Al(Si)]₄C₅体材料。他们先在真空炉里合成Zr₃[Al(Si)]₄C₆、Zr₂[Al(Si)]₄C₅粉，然后把获得的粉体烧结成块体。这种非原位合成的方法过程复杂，样品成型尺寸较小，不利于测试材料的力学性能和将来的应用。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种原位反应热压制备锆铝硅碳(Zr₃[Al(Si)]₄C₆和Zr₂[Al(Si)]₄C₅)超高温陶瓷块体材料的方法。该方法以Zr粉、Al粉、Si粉和C粉为原料，在较低温度，短时间内合成了高纯度、致密的锆铝硅碳(Zr₃[Al(Si)]₄C₆和Zr₂[Al(Si)]₄C₅)块体材料，可以解决现有非原位合成的方法过程复杂、样品成型尺寸较小等问题。

本发明的技术方案如下：

一种原位反应热压制备锆铝硅碳陶瓷块体材料的方法，该方法特征在于：

1)原料组成及成分范围：

以Zr粉、Al粉、Si粉和C粉为原料，按化学计量比，Zr:Al:Si:C＝(2-3):(3-5):(0.3-1.5):(4-7)；

按化学计量比，Zr:Al:Si:C＝3:(3-5):(0.3-1.5):(5-7)，合成单相Zr₃[Al(Si)]₄C₆；

按化学计量比，Zr:Al:Si:C＝2:(3-5):(0.3-1.5):(4-6)，合成单相Zr₂[Al(Si)]₄C₅；

合成Zr₃[Al(Si)]₄C₆、Zr₂[Al(Si)]₄C₅复合材料时，化学计量比在以上两个比例之间调节。

2)制备工艺：