[发明专利]一种高断裂韧性ZrB2

说明书

本发明属于超高温陶瓷技术领域，公开了一种高断裂韧性ZrB₂‑SiC陶瓷及其制备方法和应用，该ZrB₂‑SiC陶瓷是以ZrB₂粉体和SiC粉体为原料，以PVB为粘结剂，经搅拌、球磨、喷雾造粒后，得到ZrB₂‑SiC造粒球；再将ZrB₂‑SiC造粒球与无定型碳球进行湿混并烘干，在真空条件和氩气下升温至400～600℃排胶并保温Ⅰ，升温至1900～2100℃保温Ⅱ，在升温至1400℃时开始加压，保温之前加压到30MPa，进行热压烧结制得。本发明在ZrB₂‑SiC造粒球之间形成连续的三维网络结构，在断裂过程中，裂纹偏转效应的效果更加显著，显著改善了ZrB₂‑SiC陶瓷的断裂韧性。

技术领域

本发明属于超高温陶瓷材料技术领域，更具体地，涉及一种高断裂韧性ZrB₂-SiC陶瓷及其制备方法和应用。

背景技术

由于ZrB₂具有高强度、高硬度、高熔点、良好的导电性、导热性、阻燃性、抗氧化性、耐腐蚀性等特点，ZrB₂基超高温陶瓷已成为高超声速飞行器热防护系统和火箭推进系统等部件最具有前景的候选材料。但是低的断裂韧性任然限制了其广泛的应用。

在超高温陶瓷中ZrB₂-SiC复合材料是最为典型的代表。但是该复合材料在使用过程中有着非常明显的缺点，如：脆性大，在高强度的压力下容易产生裂纹或者直接断裂，特别是在极端环境下这些缺点将会放大。因此，提高ZrB₂-SiC复合材料的断裂韧性尤为重要。

在CN105693261A专利中，通过使用超细粉体和碳纤维增韧ZrB₂-SiC复合材料，但在该专利中，制备得到的复合材料的致密度太低，最高只有91.6％。同时为了提高ZrB₂-SiC复合材料的断裂韧性，其碳纤维添加的体积分数过高，达到了50wt％。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，提供一种高断裂韧性ZrB₂-SiC陶瓷。

本发明的另一目的在于提供上述高断裂韧性ZrB₂-SiC陶瓷的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述高断裂韧性ZrB₂-SiC陶瓷的应用。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种高断裂韧性ZrB₂-SiC陶瓷，所述ZrB₂-SiC陶瓷是以ZrB₂粉体和SiC粉体为原料，以PVB为粘结剂，经搅拌、球磨、喷雾造粒后，得到ZrB₂-SiC造粒球；再将ZrB₂-SiC造粒球与无定型碳球进行湿混并烘干，在真空条件和氩气下升温至400～600℃排胶并保温Ⅰ，升温至1900～2100℃保温Ⅱ，在升温至1400℃时开始加压，保温之前加压到30MPa，进行热压烧结制得。

优选地，所述ZrB₂和SiC的体积比为(3～5)：1。

更为优选地，所述ZrB₂和SiC的体积比为4：1。

优选地，所述无定型碳球的粒径为100～200nm；所述ZrB₂-SiC造粒球的粒径为30～80μm；所述ZrB₂-SiC造粒球和无定型碳球的体积比为(17～19)：(1～3)。

优选地，所述升温至400～600℃时的速率为1～5℃/min；所述升温至1900～2100℃时的速率为5～20℃/min。

优选地，所述湿混用溶剂为酒精或丙酮，所述湿混的时间为4～24h。