[发明专利]一种利用真空烧结制备高熵硼陶瓷表面材料的方法

说明书

本发明公开了一种利用真空烧结制备高熵硼陶瓷表面材料的方法，包括以下重量百分比的各组分：碳化硼粉55‑78wt％，炭黑粉5‑9wt％，烧结助剂15‑17wt％，陶瓷添加剂8‑11wt％，并包括以下步骤：将碳化硼粉、炭黑粉、烧结助剂、陶瓷添加剂经过喷雾造粒后得到碳化硼造粒粉。有益效果是：无压烧结碳化硼陶瓷烧结致密化的另一关键在于陶瓷的烧结致密化机理。一般无压烧结碳化硼陶瓷采用炭黑作为烧结助剂来促进碳化硼陶瓷烧结致密化。采用热压烧结或放电等离子烧结，在保证碳化硼材料致密化的同时提高碳化硼材料的韧性和强度，为碳化硼降低成本推进工业化生产和扩大应用范围奠定了技术基础。

技术领域

本发明涉及灭火装置技术领域，尤其涉及一种利用真空烧结制备高熵硼陶瓷表面材料的方法。

背景技术

碳化硼陶瓷在结构陶瓷中占有重要地位，它具有优良的特性，突出特点是高硬度和低密度，常温下其硬度仅次于金刚石和立方氮化硼。另外，其还具有高模量、良好耐腐蚀性以及优越的吸收中子特性等，所以其广泛的被用作高端防弹材料、中子吸收材料、高温结构材料以及耐磨材料等，在核能、国防等领域有着广泛的应用。尤其在防护领域，碳化硼陶瓷是最有前途的下一代防护陶瓷材料。相较于氧化铝陶瓷、碳化硅陶瓷其硬度更高、密度更小。因此，其具有更为优良的防护性能，并能实现装备的轻量化，从而提升装备的抗打击能力和机动性。目前碳化硼防弹陶瓷是各国研究的热点。

当前无压烧结碳化硼陶瓷技术方面主要存在以下几方面问题：无压烧结碳化硼陶瓷难以烧结致密化，为促使碳化硼陶瓷的烧结致密化必须采用合适的烧结助剂；无压烧结碳化硼陶瓷烧结温度高，对烧结温度敏感，易产生晶粒异常长大，从而恶化陶瓷的性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用真空烧结制备高熵硼陶瓷表面材料的方法，避免了传统烧结碳化硼陶瓷采用炭黑作为烧结助剂来促进碳化硼陶瓷烧结致密化，单纯采用炭黑作为烧结助剂为纯固相烧结机理，存在烧结温度高、对窑炉设备要求高以及烧结过程不易控制等问题。采用热压烧结或放电等离子烧结，在保证碳化硼材料致密化的同时提高碳化硼材料的韧性和强度。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种利用真空烧结制备高熵硼陶瓷表面材料的方法，包括以下重量百分比的各组分：碳化硼粉55-78wt％，炭黑粉5-9wt％，烧结助剂15-17wt％，陶瓷添加剂8-11wt％，并包括以下步骤：

(1)将碳化硼粉、炭黑粉、烧结助剂、陶瓷添加剂经过喷雾造粒后得到碳化硼造粒粉；

(2)将步骤(1)得到的碳化硼造粒粉、表面活性剂和高聚物粘结剂加热搅拌，混和并破碎、球磨、烘干；

(3)在真空或惰性气体保护下通过热压烧结或放电等离子烧结方法进行烧结，冷却后研磨，得到所述高熵硼陶瓷表面材料。

进一步的，所述烧结助剂为改性纳米炭黑、改性碳化硅亚微粉、气相白炭黑、二硼化钛微粉、钛白粉中的一种或多种。

进一步的，所述陶瓷添加剂为聚乙二醇、氨基醇、聚乙烯醇树脂、麦芽糊精、麦芽糖稀、低粘度水溶性酚醛树脂中的一种或多种。

进一步的，步骤一包括：将上述所得碳化硼造粒粉利用离心喷雾造粒塔进行喷雾造粒，离心喷雾造粒塔的进口温度控制为180-230℃，出口温度控制为80-90℃，造粒粉粒径控制在50目-150目之间。

进一步的，所述热压烧结，为在真空或还原性气氛保护下，升温速率为20℃/min，热压烧结至1600℃后，施加压力，烧结压力为烧结压力为30～50MPa，升温至1800～1900℃，保温时间为5min后，以100～150℃/min的速率降温至室温，出炉。