[发明专利]一种B4

说明书

本发明涉及一种B₄C陶瓷块体及其快速制备方法，属于装甲防护材料制备领域。所述陶瓷块体的组成及质量分数为：B₄C 90.8％～99.87％，TiB₂0.078％～5.52％，SiC 0.052％～3.68％。所述制备方法为：将B₄C、Ti₃SiC₂和Si粉球磨混合均匀；再用放电等离子烧结系统烧结，得到所述陶瓷块体。放电等离子烧结的电场会在烧结过程中清洁和活化所述混合粉末的颗粒表面，使混合粉末致密化过程在较低的烧结温度下进行，大大缩短烧结时间，烧结得到的B₄C陶瓷块体致密度可高达99.9％，并且有第二相生成，综合力学性能良好，可应用于防护材料领域。

技术领域

本发明涉及一种B₄C陶瓷块体及其快速制备方法，具体地说，涉及一种以 Ti₃SiC₂和Si为烧结助剂的B₄C陶瓷块体及其快速制备方法，属于装甲防护材料制备领域。

背景技术

B₄C的晶格结构为菱面体结构，点阵结构属于n⁵_3d-R_3m点阵群，相互以共价键结合，是世界上第三硬的材料，在富硼化合物中属于超硬材料的一种。具有优良的物理、化学及力学性能，如：低密度(2.52g/cm³)、高硬度(35-45GPa)、较高的熔点(2450℃)，抗氧化性及耐腐蚀性好、高温热电性、高中子吸收散射截面、以及高化学稳定性等。由于这些特性，该材料用途极其广泛，几乎涉及到国民经济的各个部门和现代技术的各个领域，对工业的发展和生产率的提高起着重要的推动作用，在轻质装甲方面也发挥着至关重要地作用。

目前，制备B₄C陶瓷块体主要有无压烧结、热压烧结、微波烧结等。但是由于B₄C是一种强共价键化合物，低的自扩散系数、高熔点等性能导致获得高致密度的B₄C陶瓷需要很高的烧结温度。并且氧化物薄膜B₂O₃覆盖其在表面阻碍烧结的进行，这决定了这种材料的烧结性能较差，较难获得高致密度的材料，采用常规的烧结方法需要很高的烧结温度和较长的烧结时间。即使添加烧结助剂，得到致密的B₄C陶瓷也需要较高的烧结温度。

此外，从价键方面考虑，由于B₄C键结合为共价键，且共价键比例在90％以上，因此获得高致密度的烧结体十分困难。纯的B₄C即使在接近熔点的高温下进行烧结，也极少发生物质迁移，很难得到致密度B₄C陶瓷，且高温容易出现异常晶粒长大和表面融化的现象，会对性能产生不利的影响。

以往研究表明，无压烧结在较高的烧结温度下(2300℃～2375℃)较难获得完全致密的烧结产物，即使加入烧结助剂，获得致密的B₄C陶瓷也需要高于 2000℃的高温，例如Roy等在2300℃～2375℃下仅制备出了致密度为93％的B₄C 陶瓷；M.Mashhadi等用无压烧结的方法，通过添加0％～5％的Al作为烧结助剂，在2050℃～2150℃得到了较致密的B₄C陶瓷。热压烧结等虽然可以获得致密烧结产物，但是烧结所需温度高(≥2100℃)，时间长(≥1h)，例如D.Jianxin等人在不添加烧结助剂的条件下，采用热压烧结手段在2100℃制得了致密度为 98.5％的B₄C陶瓷；H.W.Kim等人采用热压烧结的手段，通过添加0％～10％的Al₂O₃作为烧结助剂，在烧结温度为2000℃，烧结时间1h的条件下得到了几乎致密的B₄C陶瓷。

因此如何在低温短时间内获得高致密度的B₄C烧结体，是目前各国学者所关心的问题，也是B₄C陶瓷领域有待解决的一个十分重要的问题。

发明内容