[发明专利]一种硼化物陶瓷材料表面磨削的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硼化物陶瓷材料的磨削方法。

背景技术

随着飞行器性能的不断提升，飞行器关键热部位在能够胜任极端气动热环境服役的同时还需满足飞行器对热防护系统结构完整性的严格要求，这对热防护材料提出了严峻的挑战。超高温陶瓷材料被视为一种非常有前途的非烧蚀型结构材料，而以ZrB₂、HfB₂为代表的硼化物陶瓷材料是超高温陶瓷材料主要研究方向。硼化物陶瓷材料具有极高的熔点，较高的高温强度，优异的抗氧化烧蚀性能及抗化学腐蚀性能。由于其出众的综合性能，今年来硼化物陶瓷材料受到广泛关注，并取得了显著的研究成果。

同其他陶瓷材料一样，硼化物陶瓷材料的本征脆性使得其对表面缺陷极其敏感，较小尺寸的表面缺陷会造成材料强度显著下降。而硼化物陶瓷材料及结构件在制备、加工的过程中不可避免的在表面引入大量缺陷，因此十分必要对加工后的材料表面进行磨削、抛光。然而硼化物陶瓷材料较高的硬度(>20GPa)使得对其表面进行磨削非常困难，对磨料、设备、磨削参数也提出了较高的要求。表面磨削已经成为限制硼化物陶瓷材料广泛应用的主要因素之一。

传统的硼化物陶瓷材料的磨削方法，是通过利用比陶瓷材料硬度更高的磨料来实现材料表面摩擦、挤压、切削的过程，达到减少材料表面粗糙度的目的。整个磨削过程是个纯机械过程，磨削效率低。

发明内容

本发明目的是要解决传统的硼化物陶瓷材料的磨削方法存在磨削效率低的问题，而提供一种硼化物陶瓷材料表面磨削的方法。

一种硼化物陶瓷材料表面磨削的方法，具体是按以下步骤完成的：

一、超声清洗：以无水乙醇为清洗剂对硼化物陶瓷材料进行超声清洗5min～60min，得到清洗后硼化物陶瓷材料；

二、表面加热氧化：将清洗后硼化物陶瓷材料置于马弗炉中，从室温加热至400～1500℃，并在温度为400～1500℃下加热保温1min～120min，冷却至室温得到表面氧化后硼化物陶瓷材料；

三、磨削：将表面氧化后硼化物陶瓷材料在抛光机上，以磨料为金刚石颗粒或碳化硼颗粒、磨削介质为水、抛光机盘转速为100转/min～1000转/min条件下进行磨削处理，即实现硼化物陶瓷材料表面磨削。

本发明优点：传统的硼化物陶瓷材料的磨削方法，是通过利用比陶瓷材料硬度更高的磨料来实现材料表面摩擦、挤压、切削的过程，达到减少材料表面粗糙度的目的。整个磨削过程是个纯机械过程，磨削效率低。本发明提供一种硼化物陶瓷材料表面快速磨削方法，将硼化物陶瓷置于有氧高温环境下，利用材料表面处的化学反应显著改变了表面组分、形貌及其基本物化性质，通过氧化来实现材料表面的改性可大大改善硬质硼化物陶瓷材料的可磨削性。本发明所述的硼化物陶瓷材料表面磨削方法与传统的表面磨削方法相比，磨削加工速率提高了50％～300％，减少磨料用量20％～60％。

附图说明

图1是试验一得到ZrB₂-SiC陶瓷材料表面形貌图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式是一种硼化物陶瓷材料表面磨削的方法，具体是按以下步骤完成的：

一、超声清洗：以无水乙醇为清洗剂对硼化物陶瓷材料进行超声清洗5min～60min，得到清洗后硼化物陶瓷材料；

二、表面加热氧化：将清洗后硼化物陶瓷材料置于马弗炉中，从室温加热至400～1500℃，并在温度为400～1500℃下加热保温1min～120min，冷却至室温得到表面氧化后硼化物陶瓷材料；

三、磨削：将表面氧化后硼化物陶瓷材料在抛光机上，以磨料为金刚石颗粒或碳化硼颗粒、磨削介质为水、抛光机盘转速为100转/min～1000转/min条件下进行磨削处理，即实现硼化物陶瓷材料表面磨削。

本实施方式是一种硼化物陶瓷材料表面快速磨削方法，将硼化物陶瓷置于有氧高温环境下，利用材料表面处的化学反应显著改变了表面组分、形貌及其基本物化性质，通过氧化来实现材料表面的改性可大大改善硬质硼化物陶瓷材料的可磨削性。

具体来说，ZrB₂、HfB₂等硼化物陶瓷材料在中低温短时间氧化时，会在材料表面生成一层较薄的氧化产物，而陶瓷材料内部并没受到影响。表面生成的氧化产物晶粒较细小、结构疏松，且生成的氧化物的本征硬度远低于硼化物。经这种中低温短时间氧化处理后，极大的提高了硼化物陶瓷材料的磨削效率，降低了对陶瓷表面磨削工艺的要求。