[发明专利]具有复杂形状的硼化钛-碳化硼复合陶瓷及其制造方法

说明书

本发明涉及一种具有复杂形状的硼化钛‑碳化硼复合陶瓷及其制造方法。其技术方案是：先将钛粉和碳化硼粉置于混料机中混合，于真空干燥箱中干燥，得到混合粉；将混合粉铺展于选区激光烧结设备的工作仓中，抽真空并充入氩气；再设置选区激光烧结设备的激光加工参数，按照预设模型对铺展的混合粉扫描，制得具有目标形状的硼化钛‑碳化硼复合陶瓷；然后将具有目标形状的硼化钛‑碳化硼复合陶瓷置于真空管式炉中热处理，制得具有复杂形状的硼化钛‑碳化硼复合陶瓷。本发明具有能耗低、效率高、成本低、工艺简单和材料利用率高的特点，所制备的产品形状复杂、致密度高、力学性能优异、表面粗糙度低、精度高和可调范围广。

技术领域

本发明属于硼化钛-碳化硼复合陶瓷技术领域。具体涉及一种具有复杂形状的硼化钛-碳化硼复合陶瓷及其制造方法。

背景技术

硼化钛-碳化硼(TiB₂/B₄C)复合陶瓷因其具有高熔点、高硬度、优异的抗侵蚀和优良的抗热冲击性能等特点，被广泛应用于航天航空、轻质装甲等高端结构材料领域。因此，高效率、低成本地制备具有高致密度和复杂形状的硼化钛-碳化硼复合陶瓷的方法吸引了研究者们越来越多的关注。

现有的制备硼化钛-碳化硼复合陶瓷方法包括热压烧结法、放电等离子烧结法和热等静压烧结法等，其均属于减材制造方法范畴，即必须通过切削、磨抛等后续加工处理才能得到具有所需复杂形状的制品。例如，“一种B₄C-nanoTiB₂复合陶瓷材料的制备方法(CN110386819A)”专利技术，首先将摩尔分数分别为90％～95％的碳化硼粉和5％～10％的钛粉混合均匀后经真空热处理制成坯体，然后将所得坯体置于六面顶压机中，在外加压强高达4.5～5.5GPa、加热温度高达1400～1600℃的条件下反应10～30分钟，从而制得B₄C-nanoTiB₂复合陶瓷。“一种B₄C/TiB₂层状复合陶瓷材料的制备方法(CN110282977A)”专利技术，将碳化硼粉、硼化钛粉或碳化硼/硼化钛混合粉按不同比例与碳源混合均匀，制成不同成分的混合物料，然后将该混合物料依次经模压成型、700～800℃温度条件下碳化和1500～1600℃/30～60分钟的严苛温度条件下的真空熔渗硅等多步骤处理，最终制得致密度较低且具有大晶粒尺寸的层状硼化钛-碳化硼复合陶瓷材料。此外，Fan等(Fan JZ,Shen JX,Zhang ZF,et al.Properties ofB₄C/TiB₂ceramics preparedby sparkplasma sintering[J].Chinese Physics B,2021,30(03):579-584.)公开了一种碳化硼/硼化钛复合陶瓷的制备方法，即以碳化硼粉(99.5％,1～10μm)和氢化钛粉(99％,35～45μm)为原料，通过放电等离子烧结法制得具有简单圆片形状的碳化硼/硼化钛复合陶瓷。现有硼化钛-碳化硼复合陶瓷的减材制造方法存在能耗高、效率低、材料利用率低、设备和加工成本高的技术缺陷，而且其制品存在致密度低、力学性能差、表面精度低、尺寸小和不具备复杂形状等不足，从而严重地限制了其应用价值的发挥。

选区激光烧结法(Selective Laser Sintering,简称SLS法)作为代表性的增材制造方法，其利用建模软件设计的打印材料的三维结构模型，通过控制激光在二维层面上按照预设路径进行选区加工和加工层的叠层堆积，直接制备具有任意三维结构的制品。因此，相较减材制造方法，选区激光烧结法等增材制造方法具有能耗低、效率高、材料利用率高、成本低、无需使用模具即可成型具有所需复杂形状材料等优点。