[发明专利]湿纺共挤出法制备弱界面纤维独石硼化铪陶瓷的工艺

说明书

本发明提供一种湿纺共挤出法制备弱界面纤维独石硼化铪陶瓷的工艺，其特征在于采用以下步骤：1）先将固化剂和增塑剂加入有机溶剂中搅拌溶解，再分别加入纤维独石前驱体胞体和纤维独石前驱体界面层的陶瓷粉料、搅拌均匀，形成两种不同组分的喷丝料浆，在机械压力下，通过共挤出喷丝头喷入盛满水的凝胶槽中，凝固成型，即得具有界面层的纤维独石前驱体；2）温压成型；3）真空脱脂；4）热压烧结，即得弱界面纤维独石硼化铪陶瓷，其断裂韧性可达9MPa·m^1/2以上。本发明湿纺共挤出法成型纤维独石前驱体简化工艺，有利于机械排布，所得的纤维独石硼化铪超高温陶瓷，达到微观结构的精确控制，断裂方式为非脆性断裂，性能优良。

技术领域

本发明提供一种湿纺共挤出法制备弱界面纤维独石硼化铪陶瓷的工艺，属于超高温陶瓷的制备技术领域。

背景技术

硼化铪作为一种优良的特种陶瓷材料，具有陶瓷和金属的双重特性，因为具有高熔点（3250℃），高硬度和优良的导电性，导热等性能，是一种性能优异的超高温陶瓷材料。但硼化铪陶瓷断裂韧性较低，韧值仅为4～5 MPa•m^1/2，限制了其在苛刻作业环境下的应用，如超声速飞行器鼻锥和前沿、超燃冲压发动机热端部件等。因此，为了保证使用过程中的可靠性和安全性，必须改善硼化铪陶瓷的脆性问题，从而提高其耐热冲击性能。受自然界中贝壳、竹子的微观组织结构的启发，在脆性陶瓷材料中加入耐高温软质材料，设计和制备仿生层状和纤维独石状复合物以提高陶瓷的韧性。

对于仿生纤维独石复合材料的研究。清华大学通过泥料挤出法制备出Si₃N₄纤维独石前驱体，纤维独石前驱体的直径为1mm，然后，浸涂BN悬浮液，制备出Si₃N₄/BN纤维独石陶瓷，其弯曲强度为700MPa，断裂韧性为23.9MPa·m^1/2。美国密苏里大学以乙烯-丙烯酸乙酯为结合剂，高温矿物油为增塑剂，120℃共挤出泥料制备出具有界面层结构的纤维独石前驱体，然后定向排布，经800℃裂解后，1900℃、32MPa下热压烧结制备出纤维独石ZrB₂复合材料，胞体组成为ZrB₂-30vol.%SiC，界面层组成为石墨-15vol%ZrB₂，纤维独石ZrB₂复合材料弯强度为375MPa，临界热震温差△T_c为1400℃。

传统的纤维独石前驱体成型工艺为泥料挤出成型，即干纺法成型，生坯经过陈腐、真空练泥使其具有一定可塑性，然后通过挤出机喷丝头挤出成型，喷丝头的大小决定了纤维独石前驱体的直径大小，喷丝头直径越小所受到的阻力越大，也就是说，小的喷丝头需要更大的挤出压力，挤出成型制备小于1mm的纤维独石前驱体非常困难，因此，研究人员在原有挤出成型工艺基础上进行了改进，通过将泥料预热到120℃，提高泥料的流动性，使其挤出成型更细的纤维独石前驱体，但没有改变泥料流动性差这一本质属性，喷丝头直径越小，挤出压力越大，挤出成型越困难，纤维独石前驱体挤出后，由于溶剂的挥发迅速固化，纤维独石前驱体韧性差，呈细棒状，连续性差，因此，制备高韧性纤维独石陶瓷，必须开发新型的纤维独石前驱体的成型工艺。

另外，传统的纤维独石前驱体胞体界面层成型为浸渍涂覆，浸渍涂覆的界面层厚度不均，使得纤维独石陶瓷的微观结构不能精确控制；并且反复浸渍也使纤维独石前驱体容易断裂，浸渍涂覆后的纤维独石前驱体胞体，变硬变脆，材料性能大大降低。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有硼化铪超高温陶瓷韧性差、纤维独石前驱体成型困难的问题，而提供一种湿纺共挤出法制备弱界面纤维独石硼化铪陶瓷的工艺。其技术方案为：

一种湿纺共挤出法制备弱界面纤维独石硼化铪陶瓷的工艺，其特征在于采用以下步骤：