[发明专利]一种利用反应烧结法制备层状复相陶瓷的方法

说明书

本发明公开一种利用反应烧结法制备层状复相陶瓷的方法，主要是先制备出单一层的流延片，然后将流延片按照所需的要求堆叠再一起，将堆叠在一起的流延片放置于压机中进行压制成型，通过压机的成型压力可以控制层间间隙，根据需求可以设计脱蜡后坯体的间隙可以形成多孔微量碳层或空隙层，利用渗硅反应烧结工艺使得坯体烧结致密，其中基础层之间的多孔微量碳层则自然形成一层含有大量硅与少量碳化硅的界面层，而形成空隙层间隙层则完全由自由硅组成的界面层；最终基础层与界面层之间相互组合形成所需结构的层状复相陶瓷。

技术领域

本发明涉及陶瓷制备技术领域，具体讲是一种利用反应烧结法制备层状复相陶瓷的方法。

背景技术

陶瓷材料具有高硬度、高强度、高耐磨性、低热膨胀系数以及优异的化学稳定性，使其广泛应用于装甲防护、石油化工、钢铁冶金、机械电子、航空航天等工业领域。但是常规的陶瓷材料的在冲击过程极易发生碎裂，造成材料的失效，其原因是由于裂纹在陶瓷材料内部极其容易发生扩展。通过向陶瓷材料中引入层状界面层，是提高陶瓷材料韧性及抗冲击性的主要途径之一，层状界面层的引入使得裂纹在陶瓷材料中的扩展路径发生改变，改变为沿着层间扩展，从而裂纹不会贯穿整个坯体，使得材料的韧性提高，抗冲击性能得到改善。

目前层状结构复相陶瓷的制备方法有多步干压成型技术及凝胶注模成型技术、直接流延叠片等制备方法等，但是其技术中都需要单独引入一层特质的界面材料，这种单独引入的界面层与基体层之间的结合强度相对较弱，而且因基体层与界面层的膨胀系数及烧结收缩率不同，采用无压烧结工艺易产生成分层、翘曲、错层以及开裂等问题，所以通常层状陶瓷需要采用热压烧结工艺进行制备，这使得制备成本及产能受到极大的限制。另外，制备过程单独加入的界面层使得制备工艺相对复杂。

公开号为CN104329988A“一种防弹陶瓷片及其制备方法”中采用了一种多次加料、多次干压成型的方法成功制备出一种复合式三明治结构的防弹陶瓷片，这种结构所使用的烧结方法为常压烧结工艺，烧结过程中每层的材料成分存在较大的差异，其每一层组分的烧结收缩与烧结温度都存在较大的差异，工艺过程是非常难以控制的，很容易造成层与层之间发生开裂分层等现象。

公开号为CN109111231A一种碳化硼/碳化硅层状复合陶瓷材料的制备方法采用凝胶注模法在模具中交替浇注基体层和分隔层陶瓷浆料的固化后的坯体，然后通过热压烧结技术得到层状结构陶瓷。这种工艺中提到采用热压烧结技术使得碳化硼与碳化硅层之间的结合相对较好，但是由于碳化硅及碳化硼的烧结温度存在差别，即便是采用热压烧结工艺及极难控制在两种层状结构处于相同的烧结温度区间，很容易造成一种材料出现过烧的现象，使得材料的性能大幅下降。

公开号为CN110156486A高韧性层状防弹陶瓷材料及流延法结合热压烧结法的制备方法，其采用流延法结合热压烧结法制备出层状防弹陶瓷材料，界面层选用BN或石墨或WC等材料，这种工艺提到的需要单独制备所需的界面层，然后利用界面层与基体层的差异组成层状结构，这种差异化层状陶瓷只能采用热压烧结工艺进行制备，而且界面层单独制备工艺使得相对复杂。

发明内容

针对以上层状结构复相陶瓷的制备技术中存在的问题及缺点，本发明提出了一种利用流延叠层技术与渗硅反应烧结工艺相结合制备出层状复相陶瓷的方法。

主要内容是先制备出单一层的流延片，然后将流延片按照所需的要求堆叠再一起，将堆叠在一起的流延片放置于压机中进行压制成型，通过压机的成型压力可以控制层间间隙，根据需求可以设计脱蜡后坯体的间隙可以形成多孔微量碳层或空隙层，利用渗硅反应烧结工艺使得坯体烧结致密，其中流延片层形成由碳化硅、陶瓷相和少量自由硅的组成的基础层，其中基础层之间的多孔微量碳层则自然形成一层含有大量硅与少量碳化硅的界面层，而形成空隙层间隙层则完全由自由硅组成的界面层；最终基础层与界面层之间相互组合形成所需结构的层状复相陶瓷。

本发明的技术解决方案如下：一种利用反应烧结法制备层状复相陶瓷的方法，包括以下步骤：