[发明专利]一种BCN纳米非晶相强韧化TiB2

说明书

本发明涉及一种BCN纳米非晶相强韧化TiB₂‑B₄C复相陶瓷的制备方法，属于高性能结构陶瓷制备技术领域。本发明通过对复相陶瓷原料粉体中各相组分含量比例和制备工艺进行限定，从而制备出BCN纳米非晶相强韧化TiB₂‑B₄C复相陶瓷。纳米非晶相是一种陶瓷强韧化的有效手段，主要实现途径包括弥散细化、混晶型结构强化、钉扎理论、残余应力场理论等。本发明旨在通过原位反应制备纳米非晶相，改变TiB₂‑B₄C复相陶瓷的微观结构，进而改善其颗粒结合模式和断裂模式，从而提高陶瓷材料的强度和韧性，提供一种新型的结构陶瓷材料强韧化手段。

技术领域

本发明属于高性能结构陶瓷制备技术领域，涉及一种BCN纳米非晶相强韧化TiB₂-B₄C复相陶瓷的制备方法。

背景技术

先进结构陶瓷具有低密度、高模量、高硬度、高压缩强度以及优良的抗弹性能，可以很好地应用于复合装甲中大幅度提高装甲防护性能，同时降低防护系统的重量，成为具有广阔发展前景的高性能轻质装甲材料。此外，先进结构陶瓷也广泛应用于化工冶金、机械制造、电力电子、能源环保等传统工业领域，并在航天航空、深空探测、现代通讯、消费电子、生物医疗等尖端技术领域获得青睐。

B₄C陶瓷是一种十分重要的结构陶瓷，凭借其高硬度(≥45 GPa)、低密度(≈2.52g/cm³)、良好的机械性能、优异的耐化学性和中子吸收能力等突出优势，可代替金属材料装备于武装直升机和坦克的防护装甲、武装人员的防弹背心等，从而减轻装备重量，提高载具燃料续航里程和武装人员机动性。

然而，B₄C的分子结构组成大部分为强共价键，在高温条件下扩散速率低，导致成品烧结致密化困难，且脆性大。因此，常将B₄C与其他增强相进行复合，比如TiB₂添加可以有效地改善B4C陶瓷的烧结致密度、弯曲强度和断裂韧性。此外，相较于陶瓷粉体之间单纯的物理结合，原位反应烧结合成的TiB₂-B₄C复相陶瓷不仅可以大大降低烧结温度，还能改善材料界面结合，实现材料微结构设计，获得优异的性能。

非晶陶瓷是材料研究中的一个新兴课题，“非晶态”具有特殊的空间点阵，是一种长程无序，短程有序的结构，它的原子在三维空间呈拓扑无序状排列，结构上没有晶界、层错和位错等缺陷的存在，因此具有一般晶态材料具备的许多独特性能，尤其是力学性能。本发明借助机械合金化和SPS快速烧结合成纳米非晶B-C-N，进而实现强韧化TiB₂-B₄C复相陶瓷的目标。

发明内容

1、所要解决的技术问题：

目前装甲用TiB₂-B₄C复相陶瓷断裂韧性较差，无法应对日益严苛的战场防护需求。

2、技术方案：

为了解决以上问题，本发明一种BCN纳米非晶相强韧化TiB₂-B₄C复相陶瓷的制备方法，包括以下步骤：步骤S01：制备BCN纳米非晶相强韧化TiB₂-B₄C复相陶瓷的复合粉体；步骤S02：对步骤S01得到的复相陶瓷的复合粉体进行烧结。

步骤S01的具体步骤为：将氮化铝粉、碳化硼粉、金属Ti粉、金属铝粉、聚乙二醇和乙醇进行混合，搅拌1h后得到混合料浆；之后将混合料浆放入聚四氟乙烯罐中球磨24h，球磨后料浆过筛后得到混合浆料；浆料在真空干燥箱中80℃下干燥8h，之后过筛得到复相陶瓷粉体。

氮化铝粉、碳化硼粉、金属Ti粉、金属铝粉、聚乙二醇和乙醇质量比为1:7:2:0.1:0.2:20。