[发明专利]一种制备织构化硼化物基超高温陶瓷的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备织构化硼化物基超高温陶瓷的方法，具体说，是涉及一种基于模板晶粒生长法制备织构化硼化物基超高温陶瓷的方法，属于非氧化物复相陶瓷材料制备技术领域。

背景技术

过渡金属硼化物MB₂(M＝Ti，Zr，Hf)以其高熔点、高硬度和良好的热导率成为超高温陶瓷的重要候选材料，有望作为工业领域中高温耐热部件使用。但单相硼化物陶瓷难以致密化，在高温下(＞1100℃)的抗氧化能力也较差。研究表明通过添加二硅化钼(MoSi₂)等硅化物可以促进硼化物陶瓷的致密化，同时也可以显著改善其高温抗氧化性能(J.Am.Ceram.Soc.，89(7)2320～2322，2006)。因此，硼化物-硅化物基材料成为了超高温陶瓷的研究热点。

为提高硼化物基陶瓷材料的性能，目前大多数的研究集中在材料的组分设计上，即通过选择不同的添加剂来改变材料的组分以改善材料的性能。与组分设计不同，采用微结构调控的手段，制备晶粒具有一定取向的织构化陶瓷，设计材料显微结构是改善其性能的另一有效途径。晶粒的定向排列不仅可以防止材料中一些缺陷的形成，从而降低形成裂纹桥连和裂纹偏转的可能性；而且还能实现材料在某些方向性能的最优化(J.Am.Ceram.Soc.，81(3)，713～716，1998)。目前有关硼化物基陶瓷织构化报道中，采用的是强磁场方法，这种方法是在陶瓷坯体的成型固化过程中，利用磁场使陶瓷颗粒定向排列(Scripta Mater.，60[8]，615～618，2009)。虽然硼化物陶瓷为六方晶系，但采用强磁场制备的硼化物陶瓷，其在微观形貌上仍为等轴晶粒，且其力学性能较未织构陶瓷并没有明显提高。

发明内容

针对现有技术所存在的上述问题，本发明的目的是提供一种制备织构化硼化物基超高温陶瓷的方法，以满足织构化硼化物基超高温陶瓷的应用要求。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种制备织构化硼化物基超高温陶瓷的方法，包括如下步骤：

a)采用IVB族金属单质、无定形硼粉、硅粉及过渡金属为原料，制备含有硼化物晶种和硅化物颗粒的复相粉体；

b)将步骤a)所得复相粉体与硼化物陶瓷粉体混合配制料浆，采用流延工艺或强磁场定向工艺制备陶瓷坯体；

c)对制得的陶瓷坯体进行热压烧结。

作为进一步优选方案，所述的复相粉体的制备，包括如下步骤：

①首先将IVB族金属单质、无定形硼粉、硅粉及过渡金属按摩尔比为1∶2∶(0.10～1.00)∶(0.05～0.50)进行混合，然后球磨使混合均匀，再干燥，过筛；

②将得到的混合粉体干压成型后置于坩埚中，再将坩埚置于真空烧结炉中，于1000～1600℃反应0.5～5小时。

作为更进一步的优选方案，所述的IVB族金属为Ti、Zr或Hf，所述的过渡金属为Mo、W、V、Ta或Ni。

作为更进一步的优选方案，所述的IVB族金属单质为纯度大于98％、粒径为0.5～80μm的粉体；所述的无定形硼粉为纯度大于95％，粒径为0.1～10μm的粉体；所述的硅粉为纯度大于98％，粒径为0.5～100μm的粉体；所述的过渡金属为纯度大于98％、粒径为0.5～100μm的粉体。

作为更进一步的优选方案，所述的球磨为行星球磨，球磨介质为丙酮，磨球为ZrO₂，转速为100～600转/分钟，球磨时间为5～10小时。

作为更进一步的优选方案，所述的干燥温度为50～100℃。

作为更进一步的优选方案，所述的硼化物晶种是直径为2～10μm，厚度为0.2～1.2μm，长径比为5～20的板状硼化物晶粒。

作为进一步优选方案，所述的复相粉体与硼化物陶瓷粉体按摩尔比为1∶8～1∶10进行混合。

作为进一步优选方案，采用流延工艺制备陶瓷坯体的具体步骤如下：

①将复相粉体与硼化物陶瓷粉体混合后，加入到乙醇与丁酮的混合溶剂中，同时加入分散剂，球磨使混合均匀；再加入粘结剂和增塑剂，再次球磨使混合均匀，得到悬浮浆料；

②将获得的浆料经抽真空除泡后进行流延成型，待自然干燥后切片叠层，再经过冷等静压后升温排胶。

作为更进一步的优选方案，所述的乙醇与丁酮的混合溶剂是由乙醇与丁酮按体积比1∶2混合而成。

作为更进一步的优选方案，所述的分散剂是三油酸甘油酯；所述的粘结剂是聚乙烯醇缩丁醛；所述的增塑剂是聚乙二醇与甘油的混合溶液。