[发明专利]一种B-Al-Ti系复相陶瓷及其低温致密化烧结制备方法

说明书

本发明公开了一种B‑Al‑Ti系复相陶瓷及其低温致密化烧结制备方法，该复相陶瓷中主要相组成为AlB₁₂和TiB₂，其中AlB₁₂和TiB₂摩尔比为(1‑9)：1。其制备为：(a)称取原料B粉、Al粉和Ti粉并混合均匀；(b)冷压成型预制生坯；(c)对步骤(b)制得的生坯进行等离子活化烧结，在1460‑1600℃条件下获得B‑Al‑Ti系复相陶瓷。该方法烧结温度低，可提升烧结效率，降低烧结成本，且烧结块体密度低，致密性良好，力学性能表现良好。该复相陶瓷兼具轻质与强度高的特性，可用于应力波防护、核工业与航空航天等领域。

技术领域

本发明属于硼化物陶瓷技术领域，具体涉及一种B-Al-Ti系复相陶瓷及其低温致密化烧结制备方法。

背景技术

硼化物陶瓷材料具有高熔点、高硬度、高强度、耐化学稳定性等特性，常被作为切削刀具、火箭喷管、军用装甲以及应力波防护材料等，在应力波防护、核工业与航空航天等领域应用广阔。但由于其较难烧结致密、需要较高的烧结温度、制备成本偏高，其应用前景被严重限制。

硼化物陶瓷作为极具潜力的结构材料，近年来人们围绕高性能硼化物陶瓷的制备开展了很多工作，在文献报道的多种硼化物陶瓷的制备方法中，为了保证陶瓷的力学性能，追求更高的致密度，烧结温度大多高于1900℃，过高的烧结温度给硼化物陶瓷的烧结制备带来了极大的困扰，为了降低硼化物陶瓷的烧结温度，人们不断找寻新的烧结助剂、尝试先进的烧结工艺，但是始终存在各种缺陷。比如加入低熔点金属提供烧结液相从而促进硼化物陶瓷烧结，确实能够有效降低烧结温度，并且能够促进烧结致密，但低熔点金属的存在会导致烧结样品的强度下降。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种B-Al-Ti系复相陶瓷及其低温致密化烧结制备方法，得到一种力学性能表现较好的复相陶瓷，并可在较低的烧结温度下实现该陶瓷的致密化。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种B-Al-Ti系复相陶瓷，主要相组成为AlB₁₂和TiB₂，其中AlB₁₂和TiB₂摩尔比为(1-9)：1。

按上述方案，B-Al-Ti系复相陶瓷密度为2.87-3.08g/cm³，维氏硬度为28.5-30.6GPa。

一种上述B-Al-Ti系复相陶瓷的低温致密化烧结制备方法，具体步骤如下：

(a)将B粉、Al粉和Ti粉混合均匀，其中Al粉和Ti粉的摩尔比x:y为(1-9)：1，B粉的摩尔量为12x+2y；

(b)将步骤(a)中混合物通过冷压成型预制生坯；

(c)对步骤(b)制得的生坯进行等离子活化烧结，在1460-1600℃烧结条件下获得B-Al-Ti系复相陶瓷。

按上述方案，步骤(a)中，B粉粒径为0.5-1μm。

按上述方案，步骤(a)中，Al粉粒径为1-3μm。

按上述方案，步骤(a)中，Ti粉粒径为2-5μm。

按上述方案，步骤(a)中，B粉纯度为98.0％以上；Al粉纯度为99.0％以上；Ti粉纯度为99.0％以上。

按上述方案，步骤(a)中，将按所需比例称取的B粉，Al粉和Ti粉混合后冷冻干燥12-24h，然后采用低能球磨机球磨6-12h混合均匀，得到混合粉。

按上述方案，步骤(b)中，冷压成型工艺参数为压力20-30MPa，保压时间2-3min。