[发明专利]一种ZrC-SiC混合纳米粉体的制备方法

说明书

本发明涉及一种超细ZrC‑SiC混合粉体的制备方法，利用溶胶‑凝胶法，将八水氧氯化锆、正硅酸乙酯和酚醛树脂依次溶解到酒精中形成含Zr、Si和C的溶胶，通过自发进行聚合反应形成凝胶，接着室温下陈腐24h后干燥处理得到干凝胶，再将干凝胶球磨成粉，最后将其在氩气气氛保护下，进行1500～1700℃热处理，过筛后得到超细ZrC‑SiC混合粉体。本发明制得的超细ZrC‑SiC混合粉体为多角形颗粒结构，主要由ZrC、SiC和少量的C组成，实现了亚微米级甚至纳米级的ZrC‑SiC混合粉体的制备，其平均粒径约为200nm。

技术领域

本发明涉及ZrC-SiC复合材料制备领域，具体涉及一种制备ZrC-SiC混合纳米粉体的制备方法。

背景技术

碳化锆-碳化硅(ZrC-SiC)复合材料结合了ZrC和SiC、、两者的诸多特点，比如极高的熔点、硬度和弹性模量，稳定的热化学性能以及优异的抗腐蚀性能。此外，SiC的存在为ZrC-SiC复合材料提供了自愈合能力，在高温有氧环境下SiC先被氧化生成液态SiO₂填补ZrC-SiC复合材料表面出现的微孔和微裂纹，防止进一步的氧化，因此抗氧化性能优异。

由于这些优异的性能，ZrC-SiC复合材料作为超高温结构材料被广泛地应用于热保护系统(TPS)、火箭发动机、和超音速飞行器等诸多领域。值得注意的是，ZrC-SiC复合陶瓷材料的烧结性与初始的混合粉末粒度和均匀性密切相关。因此，从陶瓷工业到军事应用，超细ZrC-SiC混合粉体作为生产ZrC-SiC复合陶瓷材料的原始材料，其低成本、大规模制造技术备受全球关注。为此，本发明试图提供一种工艺技术，该工艺技术使用价格低廉的氧氯化锆(ZrOCl₂·8H₂O)、正硅酸乙酯(TEOS)和酚醛树脂分别作为锆源、硅源和碳源的初始原料，结合溶胶-凝胶(sol-gel)技术和冷冻干燥法，通过碳热还原可以合成超细ZrC-SiC混合粉体。

发明内容

技术问题：本发明提供了ZrC和SiC两相混合均匀，粒径细小且均匀的多角形颗粒状ZrC-SiC混合粉体和制备该混合粉体的方法。

本发明提供了制备ZrC-SiC混合粉体的方法，该方法包括如下步骤：

1)混合溶胶的制备

将锆源(ZrOCl₂·8H₂O)、硅源(TEOS)和碳源(酚醛树脂)依次加入到适量酒精中搅拌混合均匀即可制得含Zr、Si和C的溶胶，所述溶胶中摩尔比为C:(Zr+Si)＝3～5:1，Zr:Si＝0.5～5:1；

2)混合凝胶的制备

将步骤1)配制的溶胶放置室温下挥发，自发进行聚合反应凝聚成凝胶，并在室温下陈腐24小时；

3)干燥处理

将步骤2)制得的凝胶进行冻干干燥处理至水分完全去除即可得到干凝胶；

4)球磨处理

将步骤3)制得的干凝胶进行球磨处理，得到ZrC-SiC混合粉体的先驱体粉末，所述球磨过程转速为100～300rpm，球磨10～60min；

5)碳热还原

将步骤4)得到的先驱体粉末通过氩气保护，进行1500～1700℃，保温0.5～3h的热处理；

6)反应完成后，将产物取出，经过粉碎、研磨以及过筛等处理，即可得到ZrC-SiC混合粉体。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

优选地，步骤1)中所述含Zr、Si和C的溶胶中摩尔比为C:(Zr+Si)＝3.5～4.5:1，Zr:Si＝1～3:1