[发明专利]一种添加氧化铝粉制备碳化硼铝系复合陶瓷粉的方法

说明书

本发明公开了一种添加氧化铝粉制备碳化硼铝系复合陶瓷粉的方法。步骤如下：(1)先将碳质还原剂破碎成粉料；(2)将破碎好的碳质还原剂粉，硼酸粉和Al₂O₃粉按一定的配比进行配料、混料、并压制成球团，再将球团进行烘干；(3)将球团放入加热炉内进行高温冶炼制备碳化硼复合陶瓷粗粉；(4)将得到的粗粉破碎并进行分级除杂；(5)得到的渣粉进行回收再利用，碳化硼复合陶瓷精粉用于制作碳化硼复合陶瓷烧结原料。本发明与传统电弧炉冶炼相比，提高了原料的利用率，显著降低了生产成本和能耗；直接在配置的原料中添加Al₂O₃相比于在反应中原位生成Al₂O₃存在明显的优势；明显改善了碳化硼复合陶瓷的断裂韧性；本工艺可以降低环境污染，减少高温气体排放。

技术领域

本发明属于碳化硼复合陶瓷的制备领域，涉及一种添加氧化铝粉制备碳化硼铝系复合陶瓷粉的方法。

背景技术

碳化硼，分子式为B₄C，为灰黑色粉末，是最硬的人造磨料之一。碳化硼具有硬度高(莫氏硬度9.36)、耐磨性好、密度小(2.52g/cm³)、熔点高(2450℃)、热电性能低(室温140s/m)、耐酸碱性强和中子吸收能力强等优异特性，被广泛应用在机械研磨、耐火材料、工程陶瓷、核工业和军事等不同领域。

复合材料通常具有不同材料相互取长补短的良好综合性能。复合材料兼具有两种或两种以上材料的特点，能改善单一材料的性能，如提高强度、增加韧性、抗冲击抗疲劳性能和改善化学稳定性、介电性能等。作为高温结构材料用的陶瓷复合材料，主要用于宇航，军工等部门。此外，在机械、化工、电子技术等领域也广泛采用各种陶瓷复合材料。

传统的电弧炉冶炼碳化硼材料存在许多不足之处，如弧区温度高，冶炼温度不均匀，不可控；硼酸挥发损失严重；气体排放量高；氧化硼粘度高，阻碍了气体的及时排出，不利于碳化硼的生成，同时增加了炉况的复杂性和处理难度。鉴于存在的这些不足之处进行改善，直接向冶炼原料中加入少量添加剂Al₂O₃粉实现改善传统冶炼工艺的目的。

氧化铝本身就具有许多优异的物理化学性能，是一种较理想的添加剂。氧化铝是一种高硬度的化合物，熔点为2054℃，沸点为2980℃，熔点高，硬度高且资源丰富，制备工艺简单，成本低廉。随着氧化铝的增加，复合材料的硬度呈现先增加后降低的变化规律，抗弯强度和断裂韧性均呈现先减小后增大的变化规律。添加氧化铝使B₄C烧结体的密度得到提高，这为B₄C烧结体难致密化问题提供了解决的办法。添加不同含量的氧化铝不仅降低了B₄C的烧结范围，而且使致密度得到了提高。Al基添加剂还具有较好的韧性，因此做为添加剂烧结成的复合材料的韧性也会有很大程度的提高。

本发明采用直接在生成的碳化硼原料中添加氧化铝烧结成B₄C-Al₂O₃复合陶瓷粉，与传统制备B₄C-Al₂O₃复合陶瓷的原料(B₄C粉、Al₂O₃粉)简单机械混合相比较，B₄C与Al₂O₃在微观尺度上结合更紧密，具有更高的反应活性，更有助于烧结致密化。

发明内容

针对传统电弧炉冶炼存在不足的问题，针对复合陶瓷的优势、Al基添加剂本身的优良性能，直接在原料中加入添加剂比原位反应生成的冶炼产物存在优势。

本发明的技术方案为，提出了一种添加氧化铝粉制备碳化硼铝系复合陶瓷粉的方法。包括如下步骤：

(1)将碳质还原剂破碎成粉料；