[发明专利]硼化物增强型碳化硅陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硼化物增强型碳化硅陶瓷及其制备方法。

背景技术

碳化硅陶瓷是一种高性能的结构材料，具有许多优良特性，如机械强度高、弹性模量 大、硬度高、耐磨损性能好、耐高温、抗热震性能好、抗氧化性强、热稳定性能好、热导 率大、耐化学腐蚀性能好等。碳化硅陶瓷已被广泛用于机械、电子、冶金、石油化工等领 域及国防工业，并被国际上确认为自金属、氧化铝、硬质合金以来的第四种基本材料。虽 然碳化硅陶瓷具有许多性能，但其室温强度低、韧性不够、成型比较困难，这也限制了它 的应用。随着科学技术的发展，特别是能源、空间技术、汽车工业等的发展，对材料的要 求越来越苛刻，迫切需要开发出各种综合性能好的结构材料。因此只有采用各种强化增韧 手段制备出碳化硅基复合陶瓷，提高其强度和韧性，才能更好地满足碳化硅陶瓷在空间技 术、国防工业等尖端领域应用的要求。

过渡金属硼化物(如ZrB₂和HfB₂)通常被认为是超高温陶瓷材料，因为它们有着非 常高的熔点(其中ZrB₂为3040℃，HfB₂为3250℃)，固态稳定性好，有优良的热化学性 能及高温力学性能。这些材料除了有极度优越的高温性能外，同时还有其它一些特点，包 括20GPa以上的硬度、好的耐磨性、高的电导率(～10⁶S/cm)、优秀的抗腐蚀性、好的耐 热冲击性能。超高温陶瓷可以作为高温材料在很多工业部门得到应用，比如铸造和耐火材 料工业，而且在空间技术上也很有应用潜力。

一般而言，复相陶瓷的力学性能优于单相陶瓷。目前，已经有关于硼化物-碳化硅复 相陶瓷的报道，但主相均为硼化物，如ZrB₂-SiC，HfB₂-SiC，碳化硅的比例仅在5％～ 25％之间。而且，这些复相陶瓷通常采用热压烧结或热等静压烧结方式，烧结温度高，一 般在2000℃以上，工艺复杂、成本高，不利于工业化生产。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种工艺简单、生产成本低廉的硼化物增强型碳化 硅陶瓷的制备方法，采用该方法制备而得的硼化物增强型碳化硅陶瓷具有晶粒度小、硬度 高、抗弯强度大、断裂韧性优良等特性。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种硼化物增强型碳化硅陶瓷的制备方法，以重 量百分比为75％～85％的碳化硅粉体、10％～15％的钇铝石榴石和5％～10％的硼化物微 粉组成主原料，包括以下步骤：

1)、将主原料、粘结剂和分散剂加入到去离子水中，球磨混合后，配制成固相重量含 量为30％～60％水基碳化硅料浆；所述粘结剂、分散剂的重量分别是主原料的0.5％～3 ％、0.5％～1.5％；

2)、采用喷雾造粒工艺对水基碳化硅料浆进行喷雾干燥，得碳化硅造粒粉；

3)、对上述碳化硅造粒粉采用140～180MPa干压预压和160～200MPa冷等静压终压 的两步方式成型，获得高密度的碳化硅素坯；

4)、将上述高密度的碳化硅素坯放在真空无压烧结炉中，升温至1900℃～2000℃保 温1～1.5小时；得硼化物增强型碳化硅陶瓷。

作为本发明的硼化物增强型碳化硅陶瓷的制备方法的改进：硼化物为硼化锆、硼化铪 或硼化钛。

作为本发明的硼化物增强型碳化硅陶瓷的制备方法的进一步改进：粘结剂为酚醛树 脂、糊精或聚乙烯醇，分散剂为聚乙二醇。

作为本发明的硼化物增强型碳化硅陶瓷的制备方法的进一步改进：步骤2)中的喷雾 干燥的工艺条件为：水基碳化硅料浆流量为3～7Kg/h，热风进口温度为220℃～270℃， 出口温度为70℃～80℃。

作为本发明的硼化物增强型碳化硅陶瓷的制备方法的进一步改进：步骤1)中球磨混 合5～20小时。

作为本发明的硼化物增强型碳化硅陶瓷的制备方法的进一步改进：碳化硅粉体的颗粒 大小为0.5μm～2.5μm，硼化物微粉的颗粒大小为0.1μm～0.5μm。

作为本发明的硼化物增强型碳化硅陶瓷的制备方法的进一步改进：步骤3)中采用 160MPa干压预压和180MPa冷等静压终压。

本发明还同时提供了按照上述方法制备而得的硼化物增强型碳化硅陶瓷。