[发明专利]一种ZrB2-SiCnm超高温陶瓷复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种ZrB₂-SiC_nm超高温陶瓷复合材料的制备方法。

背景技术

由于ZrB₂的熔点高，硬度大，以及具有良好的耐腐蚀与耐氧化性能，所以可用做高温陶瓷材料，适于制作火箭喷嘴、燃烧室内衬、磁流体发电的电极材料以及其他场合的高温结构件等。但ZrB₂陶瓷是强共价键化合物，烧结致密比较困难，且具有陶瓷材料的本征脆性，需要添加第二相。通常添加SiC，对ZrB₂基体起到加快烧结致密过程、提高致密度、改善陶瓷强韧性和抗氧化性能。纳米SiC颗粒增韧效果虽不如晶须和纤维，但由于其原料混合均匀化及烧结致密化都比SiC晶须和SiC纤维复合材料简便易行，同时也会带来高温强度和高温蠕变性能的改善。因此纳米SiC颗粒增韧陶瓷基复合材料同样受到重视，国内外已有纳米颗粒增韧ZrB₂陶瓷复合材料的研究。纳米SiC相的引入能抑制ZrB₂基体晶粒的异常长大，使基体结构均匀细化，最终得到高性能的ZrB₂-SiC_nm超高温陶瓷复合材料。

ZrB₂-SiC_nm复合材料是一种重要的超高温陶瓷(UHTCs)，其高温强度和高温抗氧化性能优异，因而能够胜任于包括超高音速长时飞行、再入大气层、跨大气层飞行和火箭推进系统等极端环境。现有的ZrB₂-SiC_nm超高温陶瓷复合材料通常采用传统的热压烧结工艺，存在烧结周期长、设备昂贵、长时间高温过程导致晶粒迅速长大的缺点。目前，为了克服ZrB₂-SiC_nm超高温陶瓷复合材料存在的缺陷，在制备方法上多采用压力作用；快速升温、降温；瞬时或短时间高温烧结；电活化作用、磁活化作用。虽然这些方法均具有促进快速烧结致密化和控制晶粒长大的作用，但是这些工艺本身也存在设备昂贵、工艺操作复杂及合成困难的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有制备ZrB₂-SiC_nm超高温陶瓷复合材料的制备工艺操作复杂、合成困难、设备昂贵且烧结周期长，得到的产品晶粒粗大的问题，而提供一种ZrB₂-SiC_nm超高温陶瓷复合材料的制备方法。

本发明ZrB₂-SiC_nm超高温陶瓷复合材料的制备方法按以下步骤实施：一、用钢堵头(2)封闭无缝钢管(1)的下端口后，将ZrB₂-SiC_nm预混合粉装入无缝钢管(1)内，然后用另一个钢堵头(2)封闭无缝钢管(1)的上端口；二、将圆锥形木块(3)的底面粘到无缝钢管(1)的顶端端面上，然后放置于圆柱形纸板模具(4)内，而后将炸药以密度为0.8～1.2g/mm³均匀填满圆柱形纸板模具(4)；三、将电雷管(5)镶嵌于炸药内，用爆破仪引爆电雷管(5)，实施爆破；四、将爆炸压实后得到的无缝钢管(1)放入真空度为0.1～1Pa、温度为600～800℃的真空条件下，保温1～3h，随炉冷却至室温，然后去掉无缝钢管(1)，即得ZrB₂-SiC_nm超高温陶瓷复合材料；其中步骤一中装入的纳米SiC粉末与微米ZrB₂粉末的混合粉，初装密度为2.0～2.5g/mm³，纳米SiC粉末与微米ZrB₂粉末的体积百分比分别为5～30％∶70～95％；步骤一中无缝钢管(1)的钢管外径为20～24mm，内径为15～18mm，长度为110～200mm；步骤一中钢堵头(2)的厚度为12～20mm，直径与无缝钢管(1)的内径相同；步骤一中钢堵头(2)与无缝钢管(1)的钢材质相同；步骤二中圆锥形木块(3)的高度为16～20mm，直径与无缝钢管(1)的外径相同；步骤二中圆柱形纸板模具(4)的外径为70～100mm，厚度为1～2mm，长度为150～250mm；步骤二中无缝钢管(1)的纵向中心轴线与圆柱形纸板模具(4)的纵向中心轴线位于同一轴线上；步骤三中雷管(5)竖放的位置与圆柱形纸板模具(4)的纵向中心轴线位于同一直线上。

本发明得到的ZrB₂-SiC_nm超高温陶瓷复合材料，经测量直径为10～14mm，长度为96～160mm。