[发明专利]碳纳米管增韧碳化硼陶瓷制备方法

说明书

一种碳纳米管增韧碳化硼陶瓷制备方法，属于复合材料技术领域。该碳纳米管增韧碳化硼陶瓷制备方法，包括以下步骤：S1，将碳纳米管与炭黑按比例混合均匀，放入合成腔体，并将硼酸粉体放入预热腔体；S2，自预热腔体向合成腔体持续通入惰性气体，然后加热合成腔体至设定温度，再加热预热腔体至设定温度，进行反应；S3，自然冷却至室温后，打开合成腔体取出高纯碳化硼/碳纳米管复合材料；S4，将高纯碳化硼/碳纳米管复合材料加水和葡萄糖，球磨混合均匀，喷雾造粒、冷压成型、真空热压烧结，得到高韧性、高硬度的碳纳米管增韧碳化硼陶瓷。本发明能够高效地制取碳纳米管增韧碳化硼陶瓷。

技术领域

本发明涉及的是一种复合材料领域的技术，具体是一种碳纳米管增韧碳化硼陶瓷制备方法。

背景技术

碳化硼具有熔点高、密度低、强度高、中子吸收截面大、热电性能优异和力学稳定性好等优点，且硬度仅次于金刚石和立方氮化硼，在航天航空、国防、核能和耐磨技术等领域有着广泛的应用。但是目前基于碳化硼的复合陶瓷在生产时仍面临诸多问题，且成本较高，难以产业化。

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明由此而来。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出了一种碳纳米管增韧碳化硼陶瓷制备方法，能够高效地制取碳纳米管增韧碳化硼陶瓷。

本发明涉及一种碳纳米管增韧碳化硼陶瓷制备方法，包括以下步骤：

S1，将碳纳米管与炭黑按比例混合均匀，放入合成腔体，并将硼酸粉体放入预热腔体，通过法兰依次连接预热腔体、合成腔体和冷凝腔体并抽真空密封，在法兰连接处填充表面涂覆碳化硼的多孔石墨隔热毡隔热；

S2，自预热腔体向合成腔体持续通入惰性气体，然后加热预热腔体和合成腔体至温度为300～400℃，加热冷凝腔体至温度不小于100℃，硼酸粉体分解产生水蒸气和氧化硼，水蒸气随惰性气体排出；水蒸气完全排出后，先加热合成腔体至1500～1800℃，再加热预热腔体至500～1000℃，氧化硼熔融并不断蒸发，进入合成腔体与炭黑反应生成碳化硼，剩余未反应的氧化硼蒸气进入冷凝腔体冷凝重结晶，尾气CO经长明火消除；

S3，在预热腔体中氧化硼耗尽后，继续通惰性气体吹扫一段时间，之后停止加热，自然冷却至室温，之后停止通气，打开合成腔体取出高纯碳化硼/碳纳米管复合材料；

S4，将高纯碳化硼/碳纳米管复合材料加水和葡萄糖，球磨混合均匀，喷雾造粒、冷压成型、真空热压烧结，得到高韧性、高硬度的碳纳米管增韧碳化硼陶瓷。

在步骤S2中，惰性气体流量为0.2～3.0L/min。

在步骤S2中，硼酸粉体与炭黑的重量比为(3～5):1，炭黑与碳纳米管的重量比为(8～10):1。

在步骤S3中，取出高纯碳化硼/碳纳米管复合材料中碳化硼与碳纳米管的重量比例为：(8.5～11):1。

在步骤S4中，高纯碳化硼/碳纳米管复合材料与水、葡萄糖重量比为(93～100):100:(5～7)。

在步骤S4中，真空热压烧结温度为2000～2200℃，压力50～70MPa。

技术效果

与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：

1)将碳纳米管与炭黑混合均匀后先合成碳化硼/碳纳米管复合材料再制成复合陶瓷，相比直接混合碳化硼和碳纳米管后制取复合陶瓷，具有更优异的性能；

2)利用廉价硼酸粉体高温脱水气化、碳热还原反应的特性，合成高纯碳化硼/碳纳米管复合材料，再据此烧制碳化硼陶瓷，生产成本低。

附图说明

图1为实施例1中预热腔体、合成腔体和冷凝腔体结构示意图；