[发明专利]一种强超声辅助法制备组织均匀的高致密B-Ti-C体系陶瓷

说明书

本发明公开了一种强超声辅助法制备组织均匀的高致密B‑Ti‑C体系陶瓷，致密度为91.3±0.3％，所述陶瓷主要制备方法是将粒径为50nm，纯度≥99.99％的Ti粉加入粒径为50nm，纯度≥99.7％的B₄C粉中(B₄C:Ti＝95:5，wt％)经过干法制粒机，制成15‑20um左右大小的蓬松颗粒。再将经过制粒的蓬松ITO颗粒填装在模具中并放置于冷静压下，调节油压机的压力，将模具内部压强分别设置为400MPa、600MPa、800MPa、1000MPa、1200MPa和1500MPa。引入功率P＝3Kw的超声震荡下成型致密度高达53.4±0.2％的素坯样品。最后，在2100℃的温度下烧结2.5h，即制备出该陶瓷。该方法制备出的B‑Ti‑C体系陶瓷，微观组织均匀、晶粒细小，提高了陶瓷的使用价值。

技术领域

本发明设计一种陶瓷的制备方法，具体涉及组织均匀的高致密B-Ti-C体系陶瓷的制备方法。

背景技术

特种陶瓷材料由于具有高强度、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、化学稳定性和生物相容性好等优异性能，已在能源、航空、机械、化工、电子、半导体、医学等领域得到愈来愈多的应用。由于以传统的陶瓷制造工艺制造形状复杂的精密特种陶瓷存在工艺配备复杂、制作时间长、制作成本高等问题，通过传统的陶瓷制造工艺制备特种陶瓷已无法跟上现今对特种陶瓷产品日益增长的研发和使用需求。尤其是对于高致密陶瓷，其具有硬度高、化学稳定性好、高温性能优良等优点，但这些优点同时给高致密陶瓷件的成型及加工带来了很大的困扰，特别是形状复杂的高致密陶瓷异形件，通常需要使用复杂的模具来成型，而复杂的模具增加了生产成本和周期，不适于高致密陶瓷件的小批量生产或试验性生产。虽然目前国际上已开发出多种新型陶瓷成型方法，例如注射、流延、凝胶注模、直接凝固注模成型等，但无论是这些新型方法，还是传统的注浆、干压成型等方法，都无法摆脱模具对陶瓷制造的制约。另外，对于高致密陶瓷件，除了坯体成型的问题外，传统的陶瓷制备工艺中的干燥工艺会使坯体产生较大的形变量，无法制出形状复杂精密的陶瓷异形件，排胶工艺也无法满足烧制高致密陶瓷的要求。

另一方面将碳化硼与过渡金属硼化物如硼化钛一起制成复相陶瓷是提高碳化硼性能的一个重要方法。碳化硼与碳化钛粉体一般采用热压烧结方法可获得相对密度95％以上的陶瓷材料，复相材料的硬度韧性较纯碳化硼有一定程度的提高。日本专利JP60/235764在2200℃通过无压烧结获得了B₄C-TiB₂陶瓷，密度达到95％，但是由于烧结温度较高，材料晶粒长大明显，性能受到一定程度的影响。

美国专利US5,720,910提出采用碳化硼粉和TiO₂粉体为原料，可以在较低温度下制备B₄C-TiB₂陶瓷。然而采用这种配料时，TiB₂全部由TiO2转化生成，在烧结过程中有大量气体放出，素坯失重大、收缩大，样品很容易发生开裂和变形。

另外申请号为201210267777.5的中国发明专利公开一种以碳化铬作为烧结助剂利用其生成的液相硼化铬时碳化硼烧结致密化，其虽然也笼统地提到体系中还可以增加氧化钛、氧化铬作为烧结助剂，但并没有给出实质的实施例，其中的氧化钛、氧化铬作用并不明确。

鉴于上述的状况，尽快研究和推广快速无模成型技术对我国较落后的陶瓷工业来说势在必行。本发明所用的强超声辅助制备法，制备条件简单不需要较复杂的设备，同时在B-C体系中加入了Ti制备出的陶瓷致密度较高，可以广泛应用在航空、化工机械等领域。

发明内容

本发明的目的在于提供一种强超声辅助法制备组织均匀的高致密B-Ti-C体系陶瓷，以解决上述背景技术提出的目前市场上无法制出形状复杂精密的陶瓷异形件，排胶工艺也无法满足烧制高致密陶瓷的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种强超声辅助法制备组织均匀的B-Ti-C体系高致密陶瓷，其特征在于制备步骤如下：