[发明专利]一种碳化硼-硼化钛复相陶瓷材料及其无压烧结制备方法

说明书

本发明涉及一种碳化硼‑硼化钛复相陶瓷材料及其无压烧结制备方法，属于结构陶瓷技术领域。以所述复相陶瓷原料的总质量为100％计，各组成成分及其质量百含量为：碳化硼粉50％～80％，硼化钛粉10％～30％，无定形碳粉3％～20％，硅粉5％～30％。所述方法为：原料混合后加入介质溶液中，进行球磨混料，得到混合浆料；混合浆料干燥后，研磨，过筛，得到粉体；将粉体模压成型，并进行冷等静压得到生坯；生坯在真空或保护气体下进行高温无压烧结后得到。所述材料韧性提高明显，同时大幅削减生产成本，可以广泛适用于核电、轻质装甲防护等领域。

技术领域

本发明涉及一种碳化硼-硼化钛复相陶瓷材料及其无压烧结制备方法，属于结构陶瓷技术领域。

背景技术

碳化硼(B₄C)陶瓷拥有较低的密度、较高的硬度(仅次于立方氮化硼和金刚石)、耐磨损和良好的中子吸收截面特性，被广泛用于轻质装甲防护、核能和耐磨损零件等领域。

碳化硼是共价键很强的陶瓷材料，共价键占93.94％，自扩散系数较低，使得纯碳化硼很难实现烧结致密化。无压烧结制备纯碳化硼最重要的前提是使用粒径小于3μm的超细粉末、保护性气氛和高温(2300℃)。而碳化硼在2300℃下常压烧结所获得的制品相对密度通常低于80％，制品力学性能指标较低，而且很容易出现晶粒异常长大和表面熔化现象。这些都严重制约了碳化硼的应用范围。所以引进了多种助剂如C，SiC，TiC，TiB₂，ZrB₂，CrB₂，W₂B₅，BN，Al₂O₃和一些金属等来提高碳化硼的致密化程度。

尽管国内外对碳化硼复合材料制备技术做过较多研究，但是制备的碳化硼陶瓷材料韧性提高不多、生产设备复杂和成本昂贵，严重的制约了碳化硼陶瓷材料的推广应用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种碳化硼-硼化钛复相陶瓷材料及其无压烧结制备方法，实现了低成本、高韧性碳化硼-硼化钛复相陶瓷材料的制备。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下。

一种碳化硼-硼化钛复相陶瓷材料，以所述复相陶瓷原料的总质量为100％计，各组成成分及其质量百含量为：

优选的，所述碳化硼粉的纯度≥90％，平均粒径为D₅₀≤10μm。

优选的，所述硼化钛粉体的纯度≥95％，平均粒径为D₅₀≤10μm。

优选的，所述无定形碳粉的纯度≥96％，粒径范围为50nm～3μm。

优选的，所述硅粉的纯度≥96％，粒径范围为50nm～3μm。

一种碳化硼-硼化钛复相陶瓷材料的无压烧结制备方法，所述方法步骤如下：

(1)将碳化硼粉、硼化钛粉、无定形碳粉和硅粉加入球磨设备中，然后加入介质溶液中，进行球磨混料，50～400r/min转速下，充分搅拌混合2～48h，得到混合浆料；其中，介质溶液与原料的质量比≥1:1；

(2)混合浆料干燥后，研磨，过60～100目的筛，得到粉体；

(3)将粉体模压成型，并进行冷等静压，压力为100～500MPa，保压5～30min，得到生坯；

(4)将生坯在真空或保护气体下进行高温无压烧结，温度为1900～2300℃保温时间0.5～3h，得到一种碳化硼-硼化钛复相陶瓷材料。

优选的，所述介质溶液为无水乙醇或去离子水。

优选的，所述球磨设备为立式或卧式球磨机；球磨混料时，球料比为1～30：1。