[发明专利]一种用于硼化锆基复合材料的复合粉及其制备方法

说明书

本发明一种用于硼化锆基复合材料的复合粉及其制备方法，涉及硼化物陶瓷基复合材料技术领域，该复合粉含有碳化硼粉、铝粉和氧化锆粉，其中碳化硼粉占复合粉总体质量的重量百分比为5～20%，铝粉加氧化锆粉占该总体复合粉质量的重量百分比为80～95%，氧化锆粉和铝粉之间的重量比例则为60～90:40～10；其制备方法的步骤是：按设定的重量百分比分别称取碳化硼粉、铝粉和氧化锆粉配制总体原料粉，于球磨机中制备混合料浆，喷雾干燥制得本发明的复合粉，克服了现有技术制备硼化锆基复合材料的方法所存在的原料成本高、工艺成本高、能耗大、效率低，所制备出的材料孔隙率高、均匀性差、组织粗化、韧性低和抗热震性差的缺陷。

技术领域

本发明的技术方案涉及硼化物陶瓷基复合材料技术领域，具体地说是一种用于硼化锆基复合材料的复合粉及其制备方法。

背景技术

随着宇航、航空、原子能和冶炼新技术等现代技术的发展，对高温高性能结构材料提出了越来越苛刻的要求，要求材料具有良好的抗高温性能以适应苛刻的作业环境，如抗热冲击、高温强度、耐腐蚀性和抗氧化性。硼化锆(ZrB₂)具有高熔点(3245℃)、高硬度(>22GPa)、导电导热性好、良好的阻燃性、耐热性、好的化学稳定性、抗氧化性、耐腐蚀性以及良好的中子控制能力的特点，因而在航空航天的超高温结构部件、耐火材料、冶炼金属的电极材料、核控制材料、硬质工具材料、磨料以及耐磨部件领域有着十分广阔的应用前景。同时，利用先进的表面涂层技术可将硼化锆沉积于基体材料，如：钢、铸铁、铝合金、钛合金、镍基高温合金和金属间化合物等金属材料的表面，以及石墨、C/C复合材料和C/SiC复合材料等无机非金属材料的表面，即制备沉积于基体材料表面的硼化锆涂层材料，不仅可以提高基体材料的抗磨损、抗腐蚀、抗氧化和抗烧蚀性能，还可保持部件的力学性能和/或整体的轻重量。

然而，目前采用的制备硼化锆基整体材料和涂层材料的复合粉的制备方法都存在一定的缺陷。

CN201310560203.1公布了一种二硼化锆-碳化硅球形团聚体粉体的制备方法，以二硼化锆和碳化硅为原料，球磨混合得前驱体；向前驱体中加入无水乙醇混合，置入胶体磨中研磨、乳化，得混合粉体与无水乙醇的混合悬浊液；将所述悬浊液用液态送粉器和感应等离子体球化设备对其中的二硼化锆-碳化硅粉体进行团聚、球化及致密化处理，得到所述粉体。其缺陷是：第一，高纯ZrB₂等原料价格昂贵，导致成本高；第二，制备过程中用无水乙醇作为液相介质，存在危险性；第三，复合粉的制备过程需要用感应等离子体球化设备对复合粉体进行团聚、球化及致密化处理，工艺复杂尤其是成本高；第四，由于原料ZrB₂的熔点很高，在随后用于烧结制备块体陶瓷时难以烧结致密化、烧结温度高、工艺成本高，或者在随后用于喷涂过程时熔化程度较低，不易形成铺展，导致沉积效率低，涂层孔隙率高，且与基体的结合强度低，抗热震性差。

CN201310364496.6公布了一种二硼化锆-碳化硅高温抗氧化涂层的制备方法，首先通过喷涂干燥法制备ZrB₂-SiC包覆型复合粉末，然后通过超低压等离子喷涂技术制备ZrB₂-SiC复合涂层。其缺陷是：第一，高纯ZrB₂等原料价格昂贵，导致成本高；第二，ZrB₂-SiC复合粉的制备过程烧结温度为1800℃～2200℃，保温2小时，烧结温度高，工艺成本高；第三，由于原料ZrB₂的熔点很高，在随后用于喷涂过程时熔化程度较低，不易形成铺展，导致沉积效率低，涂层孔隙率高，且与基体的结合强度低，抗热震性差。