[发明专利]一种碳化硼陶瓷复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种碳化硼陶瓷复合材料的制备方法，包括如下步骤：S1、将碳化硼粉末、碳源和混料介质进行湿法混合形成混合物料，经烘干、研磨、过筛后形成待模压物料；S2、将待模压物料压制成型，经烘干后得到陶瓷坯体；S3、将硅块置于陶瓷坯体上进行真空熔渗反应烧结，得到碳化硼陶瓷复合材料前驱体；S4、除去碳化硼陶瓷复合材料前驱体表面的残留硅后将其置于加热设备中进行热处理，再冷却至室温后得到碳化硼陶瓷复合材料。本发明的碳化硼陶瓷复合材料的制备方法能够降低烧结温度，提高碳化硼陶瓷复合材料的致密性，同时能够提高碳化硼陶瓷复合材料的力学性能。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种碳化硼陶瓷复合材料的制备方法。

背景技术

碳化硼(B₄C)是一种重要的结构陶瓷，因其低密度、超高硬度、高温耐磨性、高熔点、耐化学腐蚀和优良的中子吸收性能在军工、航天、化工及核工业等领域广泛应用。与氧化铝和碳化硅防弹材料相比，碳化硼陶瓷不仅密度更低，而且硬度更高。因此，采用碳化硼作为人体防弹衣、轻质装甲等可以减少士兵负重、提高了设备的安全性能。目前，碳化硼陶瓷座椅已经在美军Apache武装直升机上广泛应用。碳化硼陶瓷防弹衣也在美军部队大规模装备。

但是，碳化硼是强共价键化合物，在制备过程中存在烧结温度较高、难以致密化等缺点。目前，常用的烧结方法有热压烧结和无压烧结。热压烧结碳化硼陶瓷性能较好，致密度可以达到95％以上；但其烧结温度和成本较高，其烧结温度一般在1800-2200℃之间，且烧结条件复杂，对设备要求较高，难以制备大尺寸、复杂形状制品。无压烧结的温度高达2300℃，且不易实现陶瓷的致密化，力学性能较差，不能满足工业实际上的需求。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种碳化硼陶瓷复合材料的制备方法，能够降低烧结温度，提高碳化硼陶瓷复合材料的致密性，同时能够提高碳化硼陶瓷复合材料的力学性能。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

本实施例提供一种碳化硼陶瓷复合材料的制备方法，包括如下步骤：S1、将碳化硼粉末、碳源以及混料介质进行湿法混合形成混合物料，经烘干、研磨、过筛后形成待模压物料；其中，碳化硼粉末、碳源中的碳元素与混料介质的质量比为85～95：5～15：90～110；S2、将待模压物料压制成型，经烘干后得到陶瓷坯体；S3、将硅块置于陶瓷坯体上进行真空熔渗反应烧结，反应烧结过程中先以5～10℃/min的升温速度升温至1450～1650℃，然后保温10～60min，得到碳化硼陶瓷复合材料前驱体；S4、除去碳化硼陶瓷复合材料前驱体表面的残留硅后将其置于加热设备中进行热处理，再冷却至室温后得到碳化硼陶瓷复合材料。

根据本发明，在步骤S4中，热处理过程中先以3～10℃/min的升温速度升温至700～1100℃，然后保温10～40h

根据本发明，在步骤S4中，加热设备为真空炉或者气氛炉。

根据本发明，真空炉的炉膛真空度小于100Pa，气氛炉的气氛为惰性气体。

根据本发明，在步骤S1中，碳化硼粉末的粒径小于3.5μm。

根据本发明，在步骤S1中，碳源为酚醛树脂，混料介质为无水乙醇。

根据本发明，在步骤S1中，碳源为炭黑，混料介质为水，同时在研磨过程中加入聚乙烯醇水溶液。

根据本发明，聚乙烯醇水溶液的质量百分比为5～8％。

根据本发明，在步骤S1中，烘干的温度为50～150℃，烘干的时间为10～15h，过筛的目数为60～80目；