[发明专利]一种高强高韧碳化硼基陶瓷材料的制备方法及其陶瓷材料

说明书

本发明公开了一种高强高韧碳化硼基陶瓷材料的制备方法及其陶瓷材料，包括，将碳化硼粗粉，经过高能球磨进行细化，酸洗、水洗、烘干，得到碳化硼微粉；气雾化法制备的双相合金预合金粉末，熔炼后采用气雾化制粉，过筛，得到双相合金金属粉；称取碳化硼粉、双相合金粉、钇粉按照体积分数94.95～98.95vol.％：1～5vol.％：0.05vol.％混合、球磨、烘干；在真空或惰性气体保护下通过热压烧结或放电等离子烧结等烧结方法进行烧结，冷却后研磨，得到所述高强高韧碳化硼基陶瓷材料；本发明陶瓷材料密度为2.57‑2.73g/m³，抗弯强度大于450MPa，显微维氏硬度大于30Gpa，断裂韧性大于4.5Mpa·m^1/2。

技术领域

本发明属于陶瓷材料技术领域，具体涉及一种高强高韧碳化硼基陶瓷材料的制备方法及其陶瓷材料。

背景技术

碳化硼陶瓷材料广泛应用于摩擦材料、轴承、防弹材料等。但碳化硼也具有很多缺点，例如烧结温度高、韧性差、强度低，这些缺点阻碍了碳化硼进一步扩大应用范围。碳化硼本身熔点很高，在2450℃左右。碳化硼主要是强共价键结合，自扩散系数低，烧结困难，无压烧结碳化硼在2350℃时保温三小时相对密度只有98％，仍不能烧结全致密。

碳化硼硬度非常高，仅次于金刚石和立方氮化硼，硬度高但韧性低和强度差是碳化硼的主要特点。碳化硼在常温下断裂韧性约为2～4MPa·m^1/2,无添加剂的碳化硼陶瓷常温下抗弯强度约为200～300MPa。韧性低强度差制约着碳化硼材料应用范围的扩大。韧性提高可以使碳化硼作为防弹材料及航空或坦克装甲材料时具有更大的优势。

现有的碳化硼增韧的方法主要有自增韧和复合增韧两类。自增韧主要是通过烧结和热处理工艺原位生成韧性相，提高材料韧性；复合增韧是通过添加第二相增韧，第二相以纤维、金属等为主。

自增韧的增韧机理是通过原位生成的韧性相塑性变形吸收能力，阻止裂纹尖端应力集中引起的裂纹扩展。专利CN 104591738中利用碳化硼、微孔碳和钛粉及硅粉原位生成TiB2，可以使碳化硼的韧性达到5Mpa·m^1/2

添加第二相增韧如添加金属增韧，主要是通过融渗法在碳化硼骨架中引入较多的韧性金属，通过金属的较高韧性而实现碳化硼基复合材料的较高韧性。专利CN 105543609A一种含锆的碳化硼基复合材料及其制备方法中添加10-70％锆通过放电等离子烧结可以增韧碳化硼，添加70％锆韧性可以达到8.2Mpa·m^1/2。

纯为了增韧碳化硼而添加大量第二相金属不仅使造价升高，也使碳化硼基陶瓷材料的密度升高，硬度降低。添加金属作为烧结助剂，在较高烧结温度下，金属与碳化硼会发生反应产生二次硼化物或碳化物，一般的二次碳化物或硼化物都会降低材料的性能。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述的技术缺陷，提出了本发明。

因此，作为本发明其中一个方面，本发明克服现有技术中存在的不足，提供一种高强高韧碳化硼基陶瓷材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种高强高韧碳化硼基陶瓷材料的制备方法，其包括，

将碳化硼粗粉，经过高能球磨进行细化，酸洗、水洗、烘干，得到碳化硼微粉；

气雾化法制备的双相合金MnCoCrFe预合金粉末；

称取碳化硼粉、双相合金粉、钇粉按照体积分数94.95～98.95vol.％：1～5vol.％：0.05vol.％混合、球磨、烘干；