[发明专利]一种层状ZrB2复合陶瓷材料及制备方法

说明书

本发明涉及一种层状ZrB₂复合陶瓷材料及制备方法，包括如下步骤：(1)、流延薄片的制备；(2)、层状ZrB₂预制体的制备：将干燥脱模后得到的ZrB₂陶瓷薄膜进行切割，并与同样形状的Ti箔或Nb箔或W箔或Mo箔交替叠片，之后进行干压和低温热压；(3)、层状ZrB2复合陶瓷材料的制备：将层状ZrB2陶瓷预制体在烧结炉中排胶后，再继续升温至指定温度进行烧结，最终生成具有层状结构的ZrB₂复合陶瓷材料。与单一块体ZrB₂陶瓷材料相比，本发明采用放电等离子法制备的层状ZrB₂复合陶瓷材料。在加入高熔点金属层作为中间夹层后，层状陶瓷的韧性得到了明显的提高；解决了单一块体ZrB₂陶瓷材料脆性大，实用性和可靠性差的缺点，具有良好的推广应用价值。

技术领域

本发明属于陶瓷复合材料领域，涉及一种层状ZrB₂复合陶瓷材料及制备方法。

背景技术

二硼化锆(ZrB₂)是一种超高温陶瓷材料，具有超高熔点、优异的硬度和刚度、相对较低的热膨胀系数和热膨胀系数，是高超声速飞行器、核工业部件或热保护系统的前锥等特殊应用的理想材料。然而，陶瓷的固有脆性往往成为其应用的一个关键限制。一旦材料表面或内部发生微裂纹，极有可能发生灾难性失效，从而大大降低了材料的可靠性。为了解决这一问题，提高陶瓷的韧性尤为重要。近年来，仿生结构设计和合成具有多层结构的层状陶瓷可以很好的克服块体陶瓷灾难性断裂的弱点，因此受到了非常多学着的青睐。

众所周知，金属具有一定得韧性可以很好的弥补陶瓷的脆断行为，并且由于ZrB₂用于高温环境，因此所选金属的熔点应该较高,例如钛，铌，钼，钨等。一方面这些金属的熔点高(1600℃～2500℃)、延展性好、与ZrB₂陶瓷的润湿性好；另一方面高熔点金属的硬度较低可以很好的起到偏转和桥联裂纹的作用进而达到增韧的目的。因此选择高熔点金属作为中间层来合成具有多层结构的ZrB₂抗烧蚀层状复合陶瓷材料。目前，以高熔点金属增韧ZrB₂层状陶瓷材料未见报道。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种层状ZrB₂复合陶瓷材料及制备方法，解决ZrB₂块体陶瓷由于韧性过低而限制其应用的不足的问题。

技术方案

一种层状ZrB₂复合陶瓷材料，其特征在于包括ZrB₂陶瓷薄片和Ti箔或Nb箔或W箔或Mo箔；ZrB₂陶瓷薄片与Ti箔或Nb箔或W箔或Mo箔为交替叠片结构。

一种制备所述层状ZrB₂复合陶瓷材料的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1、流延薄片的制备：采用流延法制备ZrB₂陶瓷薄片；

步骤2、层状ZrB₂陶瓷预制体的制备：将干燥脱模后得到的ZrB₂陶瓷薄片进行切割，并与同样形状的Ti箔或Nb箔或W箔或Mo箔交替叠片，在5-10MPa下进行干压，然后将干压后预制体放入100-200℃的烘箱中保温1-3h，迅速取出，并在5-10MPa的压力下实现低温热压，得到层状ZrB₂陶瓷预制体；

步骤3、层状ZrB₂复合陶瓷材料的制备：将层状ZrB₂陶瓷预制体置于放电等离子烧结炉中以50℃/min升温至600℃，保温15min进行排胶；继续以100℃/min升温至1600℃-1800℃，保温10-20min，随后以50℃/min降温至800℃，进而随炉冷却至室温，制得层状ZrB₂复合陶瓷。