[发明专利]以碳化稻壳为原料原位制备碳化硼-碳化硅复合陶瓷的方法

说明书

一种以碳化稻壳为原料原位制备碳化硼‑碳化硅复合陶瓷的方法，按以下步骤进行：(1)将碳化稻壳浸入盐酸除去杂质，获得除杂碳化稻壳；(2)将碳质还原剂和除杂碳化稻壳分别磨细制成碳质还原剂粉料和稻壳粉料；(3)将碳化硼粉、碳质还原剂粉料和稻壳粉料混合均匀，加入水和粘结剂，用压球机上压制成方形团块；(4)在温度50～120℃条件下烘干制成生坯；(5)用真空热压烧结炉进行烧结。在本发明的方法可以显著提高碳化硅的均匀性，改善材料中碳化硼与碳化硅界面的结合状况，使烧结制备的碳化硼‑碳化硅复合陶瓷具有更加优良的性能。

技术领域

本发明属于复合陶瓷材料技术领域，特别涉及一种以碳化稻壳为原料原位制备碳化硼-碳化硅复合陶瓷的方法。

背景技术

碳化硼分子式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，因此而被受关注，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。

碳化硼陶瓷存在断裂韧性低，共价键含量高烧结致密化困难等缺陷；于是通过引入第二相粒子的形式制备碳化硼基复合陶瓷来改善单一碳化硼陶瓷存在的缺陷；Si与C、B性能接近，在元素周期表的位置毗邻，根据相似相容原理推断，以添加含Si元素物质作为烧结助剂，一定会促进B₄C的烧结致密化；SiC/B₄C复相材料应该是理想的力学性能和热学性能的结合体，即将碳化硅的高强度、抗氧化性和抗热震性与碳化硼的低密度、高硬度和耐磨性相结合。

我国是水稻播种面积第二，稻谷产量第一的国家；我国大部分地区只是将稻壳现在在田间，然而稻壳有着坚硬的表皮不容易被细菌分解；如果将稻壳烧掉，由于稻壳中灰分较高，会对环境造成极大的污染；碳化稻壳是将稻壳加热到其着火点温度以下得到的；稻壳中的全部水分和大部分挥发分会在加热过程中除去，之后所得到的为含有大量的碳和二氧化硅的碳化稻壳。

发明内容

本发明的目的是提供一种以碳化稻壳为原料原位制备碳化硼-碳化硅复合陶瓷的方法，针对碳化硼陶瓷存在的缺陷、复合材料固有的优势、Si系添加剂本身的优良性能，通过原位生成第二相粒子相比机械混合存在的优势，制备性能优良的备碳化硼-碳化硅复合陶瓷材料。

本发明的方法按以下步骤进行：

1、将碳化稻壳浸入盐酸中，除去酸溶性杂质，然后过滤出固相物料，水洗之洗液为中性，烘干去除水分，获得除杂碳化稻壳；

2、将碳质还原剂和除杂碳化稻壳分别磨细制成粒径≤60μm的碳质还原剂粉料和稻壳粉料；

3、将碳化硼粉、碳质还原剂粉料和稻壳粉料混合均匀，制成混合物料；向混合物料中加入水和粘结剂，然后用压球机上压制成方形团块；

4、将方形团块在温度50～120℃条件下烘干20～40h，制成生坯；

5、将生坯用真空热压烧结炉进行烧结，制成碳化硼-碳化硅复合陶瓷材料。

上述的盐酸的质量浓度20～30％。

上述的方形团块的长度48～55mm，宽度3～9mm，高度5～10mm。

上述的碳质还原剂是石墨、石油焦、炭黑中的一种或两种以上的混合物。

上述的碳化硼粉的粒径≤20μm。

上述的混合物料中按质量百分比为：碳化硼粉占70～85％，碳质还原剂粉料占5～14％，稻壳粉料占5～25％。

上述的步骤3中，水占混合物料总质量的7～13％，粘结剂占混合物料总质量的1～5％。

上述的粘结剂为纤维素粘结剂。