[发明专利]一种含有共晶组织的陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种含有共晶组织的HfB₂‑HfC‑SiC陶瓷材料及其制备方法。所述陶瓷材料包括以质量百分计的HfB₂ 60～70％、HfC 5～15％及SiC 20～30％。制备方法为：将HfB₂、HfC、SiC原料粉体用湿法球磨使其混合均匀，干燥后得到HfB₂‑HfC‑SiC混合粉体；将混合粉体装入石墨模具中，先在真空条件下，升温并保温；然后施加轴向载荷，并通入惰性气氛，同时，升温再保温热压烧结制备HfB₂‑HfC‑SiC陶瓷材料；将HfB₂‑HfC‑SiC陶瓷材料进行热处理后，磨除带孔隙的表面浅层即可。本发明所制备的陶瓷材料具有优异的力学性能，制备方法具有工艺简单、可操控性强等优点。

技术领域

本发明涉及一种含有共晶组织的HfB₂-HfC-SiC陶瓷材料及其制备方法，属于耐高温材料领域。

背景技术

HfB₂的熔点高于3000℃，具有优异的耐高温性能，在作为超高温热防护材料方面具有独特的潜在优势。美国NASA研究发现，在HfB₂中添加SiC制备的 HfB₂-SiC复相陶瓷具有良好的抗烧蚀性能，其表面因高温烧蚀而产生的氧化层可对基体材料能起到有效的保护作用。但是，当热流密度和马赫数达到临界值后，表面氧化层与基体的粘附性会降低，导致抗烧蚀性能变差。为解决这一问题， NASA的研究人员通过调节HfB₂-SiC陶瓷的成分，向其中添加HfC改善了其抗烧蚀性能。结果表明，HfB₂-HfC-SiC陶瓷的抗烧蚀性能优于HfB₂-SiC复相陶瓷 [Bull J,et.al.,U.S.Patent,No.5750450,1998.]。所以，HfB₂-HfC-SiC陶瓷极有希望被用作高超声速飞行器的新型超高温热防护材料。

众所周知，材料的显微结构特征直径影响着材料的力学性能，细小、均匀的显微组织往往对提升材料力学性能有利。共晶、亚共晶材料通常具有非常细小的组织结构，且共晶组织内部各相彼此交错嵌套构成网络结构，导致这类材料表现出优异的力学性能。已有研究表明，共晶或亚共晶ZrB₂-SiC陶瓷、ZrB₂-SiC-B₄C 陶瓷等具有较高力学和断裂韧性。如，具有共晶组织特征的ZrB₂-SiC陶瓷的硬度高达24GPa、韧性高达6.0MPa·m^1/2[Tu R,et.al.,Journal of the Ceramic Societ of Japan 116 431-435 2008.]。所以，若能在HfB₂-HfC-SiC陶瓷中制备出共晶或亚共晶组织，将有利于进一步提升该材料的力学性能。

高温热处理法是制备含有共晶组织陶瓷材料的有效方法之一。该方法依据材料的共晶成分点和共晶温度设计材料的初始组分设计和热处理工艺，以获得完全共晶材料或具有较高共晶组织含量的亚共晶材料。因此，采用高温热处理法，合理设计HfB₂-HfC-SiC陶瓷的初始组分和热处理工艺，将能够获得含有共晶组织的HfB₂-HfC-SiC陶瓷，有望进一步提高HfB₂-HfC-SiC陶瓷的力学性能，对促进该材料的实际应用具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的问题是：提供一种含有共晶组织的HfB₂-HfC-SiC陶瓷材料及其制备方法，以进一步提高HfB₂-HfC-SiC陶瓷的力学性能。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：

一种含有共晶组织的陶瓷材料，其特征在于，包括以质量百分计的HfB₂ 60～70％、HfC 5～15％及SiC 20～30％。