[发明专利]一种具有多功能的碳化硼基复相陶瓷及其反应热压烧结制备方法

说明书

本发明涉及一种具有多功能的碳化硼基复相陶瓷及其反应热压烧结制备方法，所述复相陶瓷原料组分及其质量百分比为：碳氮化钛粉47.8～52.1％，硼粉40.6～45.5％，硅粉6.7～7.3％；其制备方法为：将所述原料组分加入到球磨罐中进行行星球磨湿混、干燥和过筛，然后将所得混合粉体置于石墨模具中进行反应热压烧结得到。该复相陶瓷材料指标如下：相对密度达99.37％；抗弯强度高，达801MPa；断裂韧性高，达5.31MPa·m^1/2；硬度高达22.4GPa，导电性好，电导率达7.62×10⁵S/m，综合性能优异，可用于燃气轮机、汽车发动机等各种热机中的隔热、耐热、耐磨部件，具有多功能应用前景。

技术领域

本发明属于陶瓷材料技术领域，涉及一种具有多功能的碳化硼基复相陶瓷及其反应热压烧结制备方法。

背景技术

碳化硼(B₄C)陶瓷材料的密度低，硬度大，弹性模量高，且具有良好的化学稳定性和中子吸收性能，因此碳化硼陶瓷被广泛地应用于轻质装甲，耐磨材料和核工业等领域。但是碳化硼陶瓷难以烧结、难以加工且断裂韧性低的缺点极大地限制了其广泛的应用，如何制备出具有高烧结活性、高断裂韧性同时能够电火花线性切割加工的碳化硼陶瓷是进一步扩大其应用所需要解决的关键问题。

通过引入第二相颗粒来降低碳化硼的烧结温度并提高材料的力学性能是克服上述缺点最有效的一种方式。设计和引入合适的改性组分在降低碳化硼陶瓷复合材料的烧结温度、提高力学性能的同时使碳化硼陶瓷复合材料具备其他的多种优异性能，包括良好的导电性、抗氧化性和抗热冲击性，实现碳化硼陶瓷的多功能化是值得探索的研究方向。纵观国内外文献，现有技术中，制备碳化硼基复合材料时，主要是直接将各种原料粉体先混合然后烧结，难以实现各相之间的均匀分散，难以保证碳化硼陶瓷具有优良的力学性能的同时提高综合性能从而实现碳化硼陶瓷的多功能化。

目前有关B₄C-TiB₂-SiC-BN复相陶瓷制备的报道中，采用的原料是B₄C，Si₃N₄,SiC和TiC(Ceram Int.,32,849-856,2006),该方法制备的复相陶瓷中只有TiB₂和BN为原位反应生成，B₄C和SiC仍来自于商业粉体，所制备的陶瓷材料的相对密度为95.6％，抗弯强度为554MPa，洛氏硬度为88.6。另有关于B₄C-Cr₃C₂-hBN复相陶瓷的报道，该制备方法是以B₄C，Cr₃C₂和hBN商业粉为原料制备混合并烧结(J.Eur.Ceram.Soc.,34,3413-3419,2014)。原料粉hBN的粒径为0.3-0.7μm，但是在烧结体中却形成了尺寸大约为30μm的hBN团聚体，说明hBN在体系中并没有得到很好地分散，该陶瓷材料的硬度为13.7GPa，抗弯强度为377MPa，断裂韧性为4.45MPa·m^1/2。

本发明以碳氮化钛-硼-硅为原料通过原位反应热压烧结方法合成复相陶瓷，所制备的复相陶瓷所有相均为原位反应生成，在颗粒尺寸、烧结活性和分散性反面都较以往的制备方法有着明显的优势，最终制备出综合性能突出、具有多功能的碳化硼-二硼化钛-碳化硅-氮化硼四元复相陶瓷(B₄C-TiB₂-SiC-BN)。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种多功能化的碳化硼基复相陶瓷及其反应热压烧结制备方法，所述的制备方法采用的是原位反应热压烧结技术，采用碳氮化钛(TiCN)、硼(B)和硅(Si)作为原料进行原位反应热压烧结制备碳化硼-二硼化钛-碳化硅-氮化硼四元复相陶瓷材料(B₄C-TiB₂-SiC-BN)。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：