[发明专利]一种三氧化二铝‑碳化硼复合陶瓷芯块及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合陶瓷制备技术领域，尤其涉及一种三氧化二铝-碳化硼复合陶瓷芯块及其制备方法。

背景技术

Al₂O₃陶瓷由于其独特的结合强度、硬度和电绝缘性能广泛应用于多个技术领域，但是，Al₂O₃陶瓷的断裂韧性较低，限制了Al₂O₃陶瓷在结构组件的应用。为此研究人员在Al₂O₃基质中添加第二相粒子，以改善其用于切削工具的断裂韧性，硬度和强度。B₄C具有理论密度低，良好的耐磨性及高温热硬度。因此，在Al₂O₃材料中添加B₄C后改善机械性能，使其适用于切削工具和耐磨材料。

此外，B₄C中子俘获截面高，没有二次辐射污染，拥有良好的吸收中子性能，碳化硼或碳化硼的复合物材料可应用到辐射防护领域。Al₂O₃-B₄C复合陶瓷是核反应堆中主要的中子吸收材料之一，这种复合陶瓷在用作中子吸收材料时通常制成薄壁的芯块。目前，芯块的成型方法是模压成型，但是当芯块壁厚较薄，采用模压成型法制备芯块时，所需生坯阴模尺寸偏大，会存在成型压力不均匀的问题，此外，由于所用模具复杂，且碳化硼的硬度大，其颗粒会划伤模具，脱模困难，导致薄壁芯块成型难度大。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种三氧化二铝-碳化硼复合陶瓷芯块及其制备方法，按照本发明提供的方法能够制备得到壁厚为0.6～1.0mm的陶瓷芯块。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种三氧化二铝-碳化硼复合陶瓷芯块的制备方法，包括以下步骤：

(1)将包括Al₂O₃、B₄C、偶联剂和粘结剂的混合料进行加热造粒，得到预成型用喂料；

(2)对所述步骤(1)得到的预成型用喂料进行注射成型，得到生坯；所述注射成型的温度为150～175℃，所述注射成型的压力为65～80kg/cm³，所述注射成型用模具的壁厚为0.8～1.2mm；

(3)将所述步骤(2)得到的生坯进行脱脂处理后烧结，得到复合陶瓷芯块。

优选的，所述B₄C的粒径为3～10μm，所述Al₂O₃的粒径为0.2～2μm；所述Al₂O₃和B₄C的质量比为(80～86)：(14～20)。

优选的，所述粘结剂为烯烃聚合物、石蜡和硬脂酸；所述Al₂O₃和B₄C的总质量与粘结剂的质量比为(76～82)：(18～24)。

优选的，所述烯烃聚合物、石蜡和硬脂酸的质量比为(8～10)：(10～12)：(1～2)。

优选的，所述偶联剂为铝酸酯偶联剂或钛酸酯偶联剂；所述B₄C和Al₂O₃的总质量与偶联剂的质量比为100：(0.5～1.0)。

优选的，所述预成型用喂料的粒度为2～8mm。

优选的，所述步骤(1)中的混料的制备方法包括以下步骤：

(a)将所述B₄C、Al₂O₃和偶联剂混合，得到一级混合料；

(b)对所述粘结剂进行加热，得到粘稠状粘结剂；

(c)将所述步骤(a)得到的一级混合料与所述步骤(b)得到的粘稠状粘结剂混合，静置20～30h，得到混合料；

所述步骤(a)和步骤(b)没有时间先后顺序的限定。

优选的，所述粘稠状粘结剂通过三步加热的方式得到，具体为：

第一步加热所述烯烃聚合物后降温至第二步加热温度加入硬脂酸，进行保温；所述首步加热的温度为175～180℃；所述第二步加热的温度为160～170℃；

所述第二步加热后，再降温10～20℃后加入所述石蜡后进行第三步加热。

优选的，所述烧结温度为1550～1700℃，所述烧结时间为3～5h；所述烧结气氛为惰性气氛或氢气气氛。