[发明专利]金刚石-B4

说明书

本发明涉及一种金刚石‑B₄C‑SiC三相复合陶瓷的两步法烧结方法，以金刚石粉末、Si粉和B粉的混合物为原料，放电等离子烧结采用两步法进行原位烧结，烧结前段以100～200℃/min的速率升温至最高温度T₁；随后经过5～15min的降温过程，从最高温度降至T₂，从而得到金刚石‑B₄C‑SiC三相复合陶瓷；其中，T₁为1550℃～1600℃，T₂为1500℃～1550℃，T₁与T₂的差值不小于40℃。本发明以匀速降至1500℃～1550℃这一温度阶段代替传统的保温阶段，有效地防止了金刚石石墨化，在低于碳化硼致密化的温度下解决了金刚石石墨化的问题，并且有效地抑制了样品中SiO₂的残留，促进了样品的致密化，提高了力学性能，所得三相复合陶瓷结构致密，界面结合良好，无石墨残留，具有轻质，超硬，高强、高韧的特点。

技术领域

本发明涉及三相复合陶瓷，更具体地说，涉及一种金刚石-B₄C-SiC三相复合陶瓷的两步法烧结方法。

背景技术

B₄C由于本身的高硬度(第三硬物质)与低密度(2.52g/cm³)，是一种优异的工程结构材料。为解决其烧结能力差(＞2000℃)、断裂韧性低(2～3MPa·m^1/2) 等缺点，在低温下烧结获得高韧性的致密B₄C块体材料受到广泛关注，目前主要是在B₄C基体中引入第二相来有效地降低烧结温度或提高断裂韧性，但这又会降低B₄C固有的轻质和高硬特性。

金刚石是最硬的工程材料，可以作为增强相改善B₄C的性能从而不增加重量和降低硬度。然而金刚石共价键成分较大难以烧结致密，而B₄C的烧结条件苛刻，最低烧结温度大于1700℃，金刚石在高温非高压情况下容易发生石墨化(1600℃以上)，因此将B₄C陶瓷与金刚石粉体直接混合烧结，得到无石墨残留且结构致密的金刚石/B₄C陶瓷是难以实现的。添加B、Si活性元素与金刚石发生原位反应生成B₄C与SiC，在增强金刚石微粉的成型性、烧结性的基础上，可以有效吸收高温烧结所产生的石墨。

CA112159231A公开了一种超硬轻质金刚石-B₄C-SiC三元复合陶瓷的快速制备方法，其制备三相金刚石-B₄C-SiC复合陶瓷时，样品中存在SiO₂玻璃相影响材料性能，并且当烧结温度高于1550℃时，金刚石周围出现大量石墨残留影响界面结合从而影响材料的力学性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种金刚石-B₄C-SiC三相复合陶瓷的两步法烧结方法。烧结过程中，首先快速升温到烧结温度T₁，然后降温到烧结温度T₂，完成烧结致密化过程。在本发明中，当烧结温度到达T₁(1550℃～1600℃)后，以匀速降至T₂(1500℃～1550℃)这一过程代替传统的保温阶段，有效地防止了金刚石石墨化，在低于碳化硼致密化的温度下解决了金刚石石墨化的问题，并且有效地抑制了样品中SiO₂的残留，促进了样品的致密化，提高了样品的力学性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种金刚石-B₄C-SiC三相复合陶瓷的两步法烧结方法，包括以下步骤：

S1、将金刚石粉末、Si粉和B粉混合球磨均匀后，干燥获得混合粉末；其中，金刚石粉末占金刚石粉末、Si粉和B粉三者总质量的质量百分比为 30％～50％；Si粉和B粉的质量比为1～2；