[发明专利]一种Al2O3-Ni-C-B4C复相陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种Al₂O₃-Ni-C-B₄C复相陶瓷及其制备方法，属于超硬防护结构陶瓷材料的制备技术领域。

背景技术：

碳化硼最重要的性能在于其超常的硬度(莫氏硬度为9.3，显微硬度为55～67Gpa)，其硬度仅次于金刚石和立方氮化硼，尤其是其近于恒定的高温强度，使之成为理想的高温耐磨材料；碳化硼密度很小(理论密度为2.52×10³kg/m³)，是陶瓷材料中较轻的。因此碳化硼陶瓷是耐磨制品以及防弹材料等领域重点开发的内容。

目前制备碳化硼陶瓷材料常用的方法为：热压烧结和无压烧结。热压烧结方法是制造高致密度碳化硼陶瓷的主要方法，但由于碳化硼本身晶界扩散较慢和比表面积较小，热压法生产的制品仍具有烧结温度高的缺点，热压法成本较高，另外采用热压烧结的方法不便于加工形状复杂的构件。无压烧结的碳化硼陶瓷制品的致密度低，且烧结温度较热压烧结更高(2200～2350℃)。研究表明，在碳化硼中添加第二相可以形成液相降低烧结温度，提高硬度和抑制晶粒长大，常见的添加助剂有金属铝、硼化钛以及碳化硅等，但目前碳化硼陶瓷的烧结温度过高的问题仍未得到很好的解决。因此开发一种较低生产成本并兼顾低密度和高硬度的B₄C基复合陶瓷的制造技术，具有重要的应用价值和技术创新意义。

发明内容：

本发明的目的是针对B₄C本身晶界扩散很慢而造成无压常规烧结温度过高的问题，提出以金属Ni和C作为烧结助剂，并依靠添加的Al₂O₃生成的新液相AlB₁₂C₂等方式达到在较低烧结温度下无压烧结制备B₄C基复合陶瓷的目的，此外，该无压烧结在埋碳的还原性气氛中进行。这种制备B₄C基复合陶瓷的新方法具有生产成本低、密度低和硬度高等诸多优点。

本发明提出的一种Al₂O₃-Ni-C-B₄C复相陶瓷及其制备方法，其特征在于所述Al₂O₃-Ni-C-B₄C复相陶瓷是以α-Al₂O₃粉、B₄C粉体、金属Ni粉和碳源(炭黑、石墨、焦炭粉或酚醛树脂)为主要原料，以聚乙烯醇等为结合剂，将各原料按一定比例混合后再经过成型、干燥、烧成等工艺过程制备出Al₂O₃-Ni-C-B₄C复相陶瓷。本发明所述的α-Al₂O₃粉、B₄C粉体、金属Ni粉和碳源(炭黑、石墨、焦炭粉或酚醛树脂)等原料均为市售工业原料，所述α-Al₂O₃粉体的质量要求为α-Al₂O₃的纯度大于95wt.％，粉料粒径为d₅₀＜10μm，其加入量为总配料质量的0.1～30.0wt.％；所述B₄C粉体的纯度大于91wt.％，粉料粒径d₅₀＜5μm，其加入量为5.0～99.9wt.％；所述金属Ni粉的纯度大于92wt.％，粉料粒径为d₅₀＜50μm，其加入量为0.1～15.0wt.％；所述碳源可以是炭黑、石墨、焦炭等含碳材料或酚醛树脂等高温条件下可以发生碳化反应的原料，其质量要求为碳含量(或碳化反应后产物中碳的含量)的百分比大于95wt.％，灰分不大于8％，挥发分不大于7％，硫含量小于2％，水分不大于5％，粉料粒径为d₅₀＜50μm，其用法可以是分别单独加入，也可以是它们的混合物加入，若混合加入，其混合比例没有特殊要求，总加入量为0.1～10.0wt.％。本发明所述Al₂O₃-Ni-C-B₄C复相陶瓷采用的结合剂可以为聚乙烯醇、树脂、沥青或焦油等，均为市售工业原料，其用法可以是分别单独加入或者是它们的混合物加入，各结合剂之间的混合比例没有特殊要求，其加入后残炭量为0.1～10.0wt％。