[发明专利]一种硼化物/合金复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种硼化物/合金复合材料及其制备方法和应用；该复合材料特别适用于在太空极端条件下工作的航天探测器陀螺仪。所述复合材料由B₄C、BN、TiB₂、CrMoNbVZr按体积百分含量计包括：B₄C：74％‑84％；BN：10％‑15％；TiB₂：3％‑6％；CrMoNbVZr：3％‑6％。其制备方法为：以高纯B₄C粉末、BN粉末、TiB₂粉末、CrMoNbVZr高熵合金细粉为原料；按设计配取各原料并混合均匀后采用放电等离子烧结工艺，或采用热压烧结的工艺，制备得到相对密度不低于99.9％的硼化物/合金复合材料。本发明所设计和制备的复合硼化物轴承可在极强的辐照以及极端的温度条件下工作，满足航天探测器陀螺仪的工作环境要求。此外，相比于传统B₄C轴承，该复合硼化物轴承材料耐磨损性能及高温稳定性显著增强，其使用寿命大大提高。

技术领域

本发明涉及一种硼化物/合金复合材料及其制备方法和应用；该复合材料具有优良的抗辐照，耐高温，耐磨损性能，特别适用于在太空极端条件下工作的航天探测器陀螺仪。

背景技术

航天探测器飞离地球几十万到几亿公里，入轨时速度大小和方向稍有误差，到达目标行星时就会出现很大偏差。因而对陀螺仪的精度有极高的要求。航天探测器陀螺仪在太空工作时，长期处于射线辐照，极端高温下。为了保障其陀螺仪在极端条件下能够高精度稳定工作，其轴承材料需具有良好的抗辐照性能及耐高温性能。此外，由于陀螺长期处于高频率旋进工作下，其转轴还必须拥有良好的韧性及耐磨损性能。目前，工业制备的陶瓷轴承，存在耐辐照能力差，高温下晶粒容易长大，耐磨损性能及韧性明显不足等缺点，无法满足航天探测器陀螺仪轴承的工作要求。

发明内容

针对上述工业陶瓷轴承材料的不足，本发明提供了一种硼化物/合金复合材料及其制备方法和应用，其成分为B₄C-BN(10％-15％)-TiB₂(3％-6％)-CrMoNbVZr(3％-5％)。其中，B₄C具有较强的中子吸收性和中子屏蔽性，耐辐照，硬度高，耐磨损的特点，非常适用于充当航天探测器陀螺仪转轴的主体材料。通过添加六方BN作为润滑剂，可有效提高轴承的耐磨损性能。此外，添加TiB₂可有效抑制晶粒在高温下长大，提高复合材料的热稳定性能。CrMoNbVZr高熵合金与硼化物间拥有良好的润湿性，非常适合于充当烧结助剂，确保硼化物之间的结合强度，并有效提高复合材料的韧性。此外，CrMoNbVZr高熵合金熔点可达2100K，不会因高温软化而降低复合材料的性能，使得该硼化物/合金复合材料可在1000K的温度下工作。

本发明一种硼化物/合金复合材料，所述复合材料由B₄C、BN、TiB₂、CrMoNbVZr构成，各组元的体积百分含量分别为：

纯度≥99.95％的B₄C：74％-84％；

纯度≥99.95％的BN：10％-15％；

纯度≥99.5％的TiB₂：3％-6％；

纯度≥99.5％的CrMoNbVZr：3％-6％。

作为优选方案，本发明一种硼化物/合金复合材料，所述复合材料由B₄C、BN、TiB₂、CrMoNbVZr构成，各组元的体积百分含量分别为：

B₄C：74％-84％；

BN：12％-15％；

TiB₂：3％-6％；

CrMoNbVZr：3％-6％。