[发明专利]一种碳化硼陶瓷无压烧结制备工艺

说明书

本发明陶瓷复合材料技术领域，提供了一种碳化硼陶瓷无压烧结制备工艺，包括以下步骤：S1、碳化硼亚微米粉体制备：将碳化硼原料在砂磨机中研磨成粒径0.5‑1.0um的碳化硼亚微米粉体；S2、浆料制备：将水溶剂、碳化硼亚微米粉体、分散剂依次加入高速分散机分散1‑2h；将浆料泵入搅拌球磨机，搅拌球磨机依次加入烧结助剂、黏结剂、塑化剂、分散剂、去泡剂，搅拌球磨机与低速分散机互循环3‑8h得到浆料；S3、造粒粉制备：将上述浆料进行喷雾干燥，得到造粒粉；S4、压制成型：通过调节液压机压力和等静压力，将造粒粉压制成相对密度≧60％的生坯；所述相对密度＝生坯密度/产品密度；S5、无压烧结，无压烧结在烧结炉中进行，分为真空脱胶阶段、真空高温阶段、高温烧结阶段、冷却阶段，得到碳化硼陶瓷。

技术领域

本发明总体地涉及复合陶瓷制备技术领域，具体提供了一种碳化硼陶瓷无压烧结制备工艺。

背景技术

陶瓷复合结构是目前性能优异的防弹防护方案，在众多陶瓷材料中，碳化硼陶瓷因具有较低的密度(2.52g/cm³)、仅次于金刚石的硬度，以及优异的耐腐蚀性能，满足防弹材料高强度、高耐磨、高硬度、低密度(简称“三高一低”)的要求，可以有效破碎弹丸，分散动能，增加装备防护能力，满足装备轻量化和单兵轻量化的要求。

现有技术中，碳化硼陶瓷产品因为配方和制备工艺等存在固有的缺陷，产品的均一性和稳定性差。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种碳化硼陶瓷无压烧结制备工艺，采用亚微米碳化硼粉体，通过配方和工艺的优化，使产品强度、韧性和稳定性提高。

本发明的技术方案是，提供了一种碳化硼陶瓷无压烧结制备工艺，包括以下步骤：

S1、碳化硼亚微米粉体制备：将碳化硼原料在砂磨机中研磨成粒径0.5-1.0um的碳化硼亚微米粉体；

S2、料浆制备：将水溶剂、碳化硼亚微米粉体、分散剂依次加入高速分散机分散1-2h；将浆料泵入搅拌球磨机，搅拌球磨机依次加入烧结助剂、黏结剂、塑化剂、分散剂、去泡剂，搅拌球磨机与低速分散机互循环3-8h得到浆料；

S3、造粒粉制备：将步骤S2所得的浆料进行喷雾干燥，得到造粒粉；

S4、压制成型：通过调节液压机压力和等静压力，将造粒粉压制成相对密度≧60％的生坯；所述相对密度＝生坯密度/产品密度；

S5、无压烧结，所述无压烧结在烧结炉中进行，分为以下三个阶段：

S51、真空脱胶阶段，温度区间200-1000℃；

S52、真空高温阶段，温度区间1100-1850℃；

S53、高温烧结阶段，温度区间2000-2250℃；

S54、冷却阶段，保温完毕后，氩气保护氛围下冷却，得到碳化硼陶瓷。

进一步的，所述步骤S1中：砂磨机中放置0.5-1.0mm范围内的碳化硼微球研磨介质，碳化硼原粉在线速度13-18m/s下研磨10-15h得到0.5-1.0um的碳化硼亚微米粉体。

进一步的，上述步骤S2中：烧结助剂选自粒径范围0.3-0.8um的碳化硅粉、粒径范围0.3-0.8um的三氧化二钇、粒径范围0.2-0.8um的三氧化二铝、粒径范围0.5-1.0um的碳化钛、粒径范围0.5-1um硼化钛、碳纳米管、碳化硅晶须中的3-5种；所述黏结剂选自酚醛树脂、羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇、木质素中的2-3种；所述分散剂选自KH550、KH560、PEG2000、PEG4000、PEI中的1-2种；所述塑化剂选自邻苯二甲酸二辛酯、BBP、DEP中的1-2种。