[发明专利]一种SiBCN-Ta4

说明书

本发明提供了一种SiBCN‑Ta₄HfC₅复相陶瓷及其制备方法，所述制备方法包括：制备Ta₄HfC₅单相纳米晶粉体；将所述Ta₄HfC₅单相纳米晶粉体、六方氮化硼、立方硅粉和石墨混合后进行高能球磨，得到非晶‑纳米晶复合粉体；将所述非晶‑纳米晶复合粉体进行烧结，即制得SiBCN‑Ta₄HfC₅复相陶瓷。本发明通过两步机械合金化将Ta₄HfC₅作为添加相引入SiBCN系列陶瓷中，超高温相Ta₄HfC₅以纳米晶的形式均匀分散于非晶的SiBCN基体当中，提高了复相陶瓷的力学和耐高温性能，使其在可在更高的温度下服役。

技术领域

本发明涉及陶瓷领域，具体而言，涉及一种SiBCN-Ta₄HfC₅复相陶瓷及其制备方法。

背景技术

航空航天装备是国家制造水平和综合实力的集中体现，也是国民经济和国家安全的重要保障，硅硼碳氮系列陶瓷由于具有良好的热稳定性能和抗高温氧化性能而在航空航天领域展现出良好的发展前景。随着宇航技术的发展，要求高温结构材料和多功能防热材料在更加苛刻的环境中服役，这就要求硅硼碳氮系列陶瓷的抗烧蚀性能需要进一步提高。

碳化钽铪合金是碳化钽与碳化铪单相形成的无限固溶体，具有良好的化学稳定性和耐烧蚀性，其熔点是目前所报道的超高温陶瓷中的最高值。如何将超高温碳化钽铪陶瓷作为添加相以纳米晶的形式均匀地引入硅硼碳氮系列陶瓷中，以提高硅硼碳氮系列陶瓷的高温和力学性能，是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明解决的问题是：如何提高硅硼碳氮陶瓷的力学和超高温性能。

为解决上述问题，本发明提供了一种SiBCN-Ta₄HfC₅复相陶瓷的制备方法，包括：制备Ta₄HfC₅单相纳米晶粉体；将所述Ta₄HfC₅单相纳米晶粉体、六方氮化硼、立方硅粉和石墨混合后进行高能球磨，得到非晶-纳米晶复合粉体；将所述非晶-纳米晶复合粉体进行烧结，即制得SiBCN-Ta₄HfC₅复相陶瓷。

可选地，所述Ta₄HfC₅单相纳米晶粉体的晶粒尺寸为3-5nm。

可选地，所述Ta₄HfC₅单相纳米晶粉体的质量占所述非晶-纳米晶复合粉体质量的2.5％-15％。

可选地，所述立方硅粉、所述六方氮化硼、所述石墨的摩尔比为Si： BN：C＝(1.8-2.2)：(0.5-1.2)：(2.8-3.2)。

可选地，所述制备Ta₄HfC₅单相纳米晶粉体，包括：

在氩气保护下，将碳化钽粉体和碳化铪粉体置于高能球磨机中，进行高能球磨，使得碳化钽晶粒和碳化铪晶粒经过破碎、冷焊、固溶，制得所述 Ta₄HfC₅单相纳米晶粉体。

可选地，所述碳化钽粉体和所述碳化铪粉体的摩尔比为4:1；

制备所述Ta₄HfC₅单相纳米晶粉体的球磨条件为：球料比(10-30)：1，主盘转速200-400r/min，行星盘转速650-850r/min，球磨时间10-30h。

可选地，所述将所述非晶-纳米晶复合粉体进行烧结的方式包括：热压烧结、放电等离子烧结、热等静压烧结或超高压烧结。