[发明专利]一种碳化硼基复合陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合陶瓷及其制备方法，特别涉及一种碳化硼基复合陶 瓷及其制备方法。

背景技术

碳化硼共价键含量很高，比表面积小，其室温硬度仅低于金刚石和立方 氮化硼，而接近稳定的高温硬度是其它材料无法比拟的。由于碳化硼本身晶 界扩散很慢，因此使得无压常规烧结的温度很高，其相对密度一般不超过 90％。为了降低碳化硼的烧结温度，研究工作者在碳化硼材料中添加金属或其 他陶瓷如铝、氮化硼、氧化铝、碳化钨及碳化钛等等，并取得了一些进展， 但烧结温度过高的问题仍未解决。目前常见的烧结方法有以下几种：

1)常压烧结法，一般的常压烧结限于碳化硼本身晶界扩散慢的因素，需 要在2200℃～2400℃下烧结，且只能达到75～80％的致密度。

2)热压烧结法，热压烧结是在惰性气氛(或真空)中进行，一般热压温 度为2200℃～2300℃，压力为20MPa～40MPa，保温时间0.5h～2h，若制品 对化学成分没有严格要求，可适当加入一些添加剂，促进烧结，降低烧结温 度，获得致密度较高的碳化硼。目前的碳化硼陶瓷制备以热压法为主，如邓 建新等-“B₄C/SiC_w陶瓷喷砂嘴的制备及其冲蚀磨损机理研究”(硅酸盐通报， 2004，3，18～20)，在2000～2150℃的高温下制备了碳化硅晶须增强的碳化 硼喷砂管。中国专利CN1803714公开了在碳化硼中加入碳化硅晶须，硅粉， 硼化物等，然后热压烧结。

热等静压烧结法是在1700℃高温下，通过惰性气体如Ar或N₂传递压力， 将包套内的粉末或事先压好的生坯等静压成型烧结的一种工艺，由于其成本 过高无法大规模生产，目前仅在实验室有应用(肖汉宁等-“高性能结构陶瓷 及其应用”，北京化工出版社，2006)。

3)活化烧结法，通过物理或者化学方法，降低碳化硼材料的烧结温度， 加快烧结过程提高烧结性能的方法都属于活化烧结。如王零森等-“B₄C的掺 碳活化烧结”(粉末冶金材料科学与工程，1997，vol.2，No.4，P260-265)，在 碳化硼烧结过程中加入碳，提高烧结制品的致密度。

4)反应烧结法，将B₄C粉末直接用粘接剂粘接后在1500～2200℃下渗硅， 由于碳化硼会与硅反应，生成具有B₄C，SiC和Si的复合材料。参见美国专 利Patent NO.3765300(Taloy etl.Dense Carbide Composite For Armor and Abrasives，1973)

以上四种制备方法，均可获得致密度较高，力学性能较好的碳化硼材料， 作为目前生产碳化硼陶瓷主要采用的热等静压烧结和热压烧结法，前者由于 制品成本过高无法规模化生产，热压法成本相对较低，但制品性能稳定性差， 杂质含量高，机械性能不稳定，且这两种方法均有制品烧结前后线收缩大的 问题，导致难以制备形状变化的制品。

发明内容

本发明的目的是提供一种烧结温度低、净成形性能好、具有较好力学性 能的碳化硼基复合陶瓷及可制备复杂形状的制品的制备方法。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种碳化硼基复合陶瓷，按重量百分数，包括下述组分：碳化硼粉末 45％～50％、酚醛树脂5％～8％、金属硅42％～50％。

所述碳化硼粉末的B₄C含量＞98％，粉料粒径d₅₀＜5μm。

所述金属硅为粒径为5mm的工业级硅粒，杂质质量百分数小于3％。

所述酚醛树脂为2130树脂，固含量在86％左右

一种上述碳化硼基复合陶瓷的制备方法，包括下述步骤：

(1)按重量百分数：碳化硼粉末45％～50％、酚醛树脂5％～8％、金属硅 42％～50％称量，先用酒精溶解酚醛树脂，并加入碳化硼粉料，机械球磨混合 均匀：

(2)将上述混合均匀的碳化硼粉料，用造粒机造粒，过120～400目筛：

(3)将上述造粒料，模压成型所需制品形状的生坯，成型压力为60～ 140MPa：

(4)将压制好的生坯，放入烘箱干燥固化：