[发明专利]一种β-SiC增韧B4C陶瓷烧结技术

说明书

技术领域：

本发明属无机非金属材料固相烧结领域，涉及烧结B₄C陶瓷技术，尤其涉及一种β-SiC增韧B₄C陶瓷烧结技术。

背景技术：

B₄C是一种人工合成的无机非金属材料，B₄C的制备方法是用过量的碳还原硼酐而得，其反应式为：2B₂O₃+7C＝B₄C+6CO，因其显著特点是非常坚硬，其显微硬度约50000MPa，在自然界中仅次于金刚石(80000-100000MPa)，金刚石的新莫氏硬度为15，碳化硼的新莫氏硬度为14，具有极高的耐磨性，甚至超过了类金属碳化物和以它为基硬质合金的耐磨性，所以被广泛应用于机械、电子、信息、国防、军事、航空、航天等各工业和科研领域。以碳化硼为原料，经真空热压烧结制取的碳化硼陶瓷制品如：喷砂嘴、密封环、喷管、轴承、泥浆泵柱塞、研杵和飞机、舰船、装甲、车辆、防弹衣、火箭发射架等的陶瓷防护涂层，作为一种新型材料，以其特有的高熔点、高硬度、高弹性模量、耐磨力强、自润性好等特点而被各行业各领域所认可。

然而任何事物都具有其相互矛盾的两重性，正是因为它的高熔点，相应带来了它生产制作环节的难控制和高成本；正是因为它的高硬度，相应又带来了它的高脆性和低断裂韧性，从而出现了产品的可加工性差，装卡紧固、切割磨削加工中容易出现宏观缺损，废品率高，特殊形状不易获得等不足。近年来虽然通过超细原料的制备选择和生产工艺参数的多方改进尝试，也有在烧结过程中添加硼铝炭助剂的，但仍未满足高精密轴承、航空航天航海、国防军事等机械部件的应用需求，目前亟待需要解决的是如何提高此种超硬碳化硼陶瓷制品的断裂韧性，改善可加工性能，提高成品率，降低生产加工成本，扩大服役领域。

发明内容：

为了解决以上所述现有技术缺憾，本发明提供了一种β-SiC增韧B₄C陶瓷烧结技术，它是通过如下技术方案实现的：

1、采用复合材料，在单质B₄C材料中添加β-SiC，配料比例为：B₄C：85-90％，β-SiC：10-15％；

2、实施步骤及工艺控制参数：

1)将预选比例的β-SiC与5％的树脂结合剂入砂磨机研磨，料砂比：3∶2，研磨时间大于12小时；

2)将砂磨所得浆料与预选比例的B₄C和5～8％的有机添加剂入球磨机研磨，料球比：4∶1，研磨时间8-12小时；

3)将球磨后所得粘稠浆料喷雾干燥、密封分装腐化72小时；

4)将腐化好的原料经合金模具机压成型，成型压力：500-1000kg/cm²；

5)将成型素坯与石墨模具、附件组装，找平，入炉定位烧结，炉内真空度为10⁰-10^-1Pa。

烧结温控机制为：室温→600℃，升温速率10℃/min，保温30min；600→900℃升温速率10℃/min，保温30min；900→1500℃升温速率10℃/min，保温30min；1500→2150℃升温速率10℃/min，保温45min；自然冷却到安全温度后出炉。热压机制为：0P→15％P 5min，15％P→30％P 7min，30％P→45％P 9min，45％P→60％P 11min，60％P→75％P 13min，75％P→90％P 15min，90％P→100％P 15min，保压3min。

本发明β-SiC增韧B₄C陶瓷烧结技术的理论依据是：SiC本身具有良好的力学性能和物理性能，而且与B₄C的性能十分接近，包括比强度、比模量、高硬度，良好的抗腐蚀性和抗热冲击性，低密度和低热膨胀系数，在元素周期表中Si的位置与B、C毗邻，因此性能上十分相似，根据相似相容原理，SiC的存在会改善和优化B₄C陶瓷的烧结扩散和烧结过程。混合研磨后的β-SiC和B₄C混合料经电子显微镜观测，清晰可见小比例的β-SiC微粒均匀分布在B₄C微粒周边间隙之间，恰好添充了B₄C粉末的自然堆积间隙，达到了混合后的最高堆积密度和震实密度。