[发明专利]一种高致密高抗热震性复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高温结构材料领域，具体涉及一种高致密高抗热震性复合材料及其制备方法。

背景技术

现代冶金等相关工业需要高温结构材料具有优异的综合性能，其中尤以力学性能、抗热震性、抗氧化性以及可机加工性最为重要。六方氮化硼作为一种高温结构材料，具有良好的耐高温性、耐腐蚀性、高温化学稳定性以及抗热震性，尤其是具有突出的可机加工性，因此被广泛应用在冶金等相关产业。但是其力学性能以及抗氧化性较差，而且，h-BN中的 B原子和O原子通过强烈的共价键结合，其自扩散系数非常的低，片状BN在高温烧结时易形成卡片式搭桥结构，因此h-BN很难烧结致密，这也在一定程度上降低了其机械性能和抗氧化性，进一步限制了其应用。

目前国内外的专利主要是通过添加高强度的成分来提高BN材料的力学性能，但是却在一定程度上降低了BN材料的抗热震性，不利于其高温下的应用。并且国内外关于提高BN材料的抗氧化性以及制备技术方面的研究十分稀少。因此，获得一种力学性能、抗热震性以及抗氧化性均十分优异的BN材料显得尤为迫切。

为获得一种力学性能、抗热震性均十分优异的BN材料，本发明选用多种添加物，在提高BN材料强度的同时，进一步提高了其抗热震性，利用简单的生产工艺，制备出综合性能十分优异的高致密高抗热震性复合材料，填补国内外在这一方面的空白。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种高致密高抗热震性复合材料及其制备方法。

本发明的技术方案是：

高致密高抗热震性复合材料以BN为基体，ZrO₂、Al₂O₃、Si₃N₄为添加物，按重量百分比计，其中BN为50-85%、ZrO₂为5-30%、Al₂O₃为3-30%、Si₃N₄为2-30%，助烧剂为5%。

所述的BN的优选含量为60-85%。

ZrO₂的优选含量为10-30%。

Al₂O₃的优选含量为5-20%。

Si₃N₄的优选含量为2-20%。

高致密高抗热震性复合材料的制备方法的步骤如下：

1)将重量百分比分别为50-85%的BN，5-30%的ZrO₂，3-30%的Al₂O₃，2-30%的Si₃N₄以及5%的助烧剂粉末混合得到初始粉料；

2)将初始粉料置于球磨罐中，以乙醇作为分散剂，球磨1-20小时，于烘箱中烘干；

3)将烘干的粉末过筛，于2-80MPa下静压造粒得到坯体；

4)将静压得到的坯体破碎，过30-50目筛得到粉料；

5)将粉料直接放置于石墨模具中，在通有N₂的热压炉中以10-30℃/min的升温速率升至1700-1900℃，保温10-90min，热压压力为10-50MPa，烧制成高致密高抗热震性复合材料。

球磨时球料比为3-15:1。

步骤3）过筛后的BN粉末平均粒度为0.5-5μm，ZrO₂、Al₂O₃、Si₃N₄粉末平均粒度为1-10μm。

本发明与现有技术相比具有的有益效果：

1)制备出来的高致密高抗热震性复合材料强度高，并且抗热震性及抗氧化性能均十分优异，结构均匀，整体可靠性高；

2)烧结温度低，烧结时间短，工艺简单，成本低。

具体实施方式

实施例1

1)将重量百分比分别为85%的BN，5%的ZrO₂，3%的Al₂O₃，2%的Si₃N₄粉末以及5%的助烧剂粉末均匀混合；

2)将混合粉料置于球磨罐中，以乙醇作为分散剂，球磨1小时，于烘箱中烘干，所得BN粉末平均粒度为5μm，ZrO₂、Al₂O₃、Si₃N₄粉末平均粒度为10μm；