[发明专利]一种高强韧碳化硼-硼化钛-石墨烯复合陶瓷及其制备方法

权利要求书

1.一种高强韧碳化硼-硼化钛-石墨烯复合陶瓷，其特征在于，石墨烯和硼化钛在碳化硼基体中均匀分布，石墨烯占复合陶瓷的0.5~6 wt%，硼化钛占复合陶瓷的9.5~24wt%；

其制备方法具体步骤如下：

1）按质量百分配比称取原料：石墨烯0.5~6%，硼化钛粉体9.5~24%，余量为碳化硼粉体；

2）制备石墨烯分散液：将石墨烯粉体加入无水乙醇中，超声分散1~2 h，得到分散均匀的石墨烯分散液；

3）制备碳化硼-硼化钛-石墨烯混合粉体：将碳化硼粉体、硼化钛粉体加入步骤2）所得石墨烯分散液中，边机械搅拌边超声分散，得到碳化硼-硼化钛-石墨烯混合液；

4）将步骤3）所得碳化硼-硼化钛-石墨烯混合液进行高能行星球磨处理，然后干燥、过筛后得到混合均匀的碳化硼-硼化钛-石墨烯复合陶瓷粉体，将所得碳化硼-硼化钛-石墨烯复合陶瓷粉体置于热压炉中烧结，烧结工艺条件为：真空条件下，先以10~30℃/min的升温速率从室温升温至1100~1300℃，充入Ar气，然后以5~15℃/min的升温速率升至1850~1950℃，保温30~120 min，烧结过程中控制轴向烧结压力为25~60 MPa，得到高强韧碳化硼-硼化钛-石墨烯复合陶瓷。

2.根据权利要求1所述的高强韧碳化硼-硼化钛-石墨烯复合陶瓷，其特征在于，所述石墨烯厚度为1~10 nm，片径为2~10μm。

3.根据权利要求1所述的高强韧碳化硼-硼化钛-石墨烯复合陶瓷，其特征在于，所述复合陶瓷相对密度为98.67~99.43%，维氏硬度为31.87~32.56 GPa，弯曲强度为485~593 MPa，断裂韧性为4.65~8.19MPa·m^1/2，电导率为4.37×10⁵~7.14×10⁵S/m。

4.一种权利要求1-3任一所述的高强韧碳化硼-硼化钛-石墨烯复合陶瓷的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

1）按质量百分配比称取原料：石墨烯0.5~6%，硼化钛粉体9.5~24%，余量为碳化硼粉体；

2）制备石墨烯分散液：将石墨烯粉体加入无水乙醇中，超声分散1~2 h，得到分散均匀的石墨烯分散液；

3）制备碳化硼-硼化钛-石墨烯混合粉体：将碳化硼粉体、硼化钛粉体加入步骤2）所得石墨烯分散液中，边机械搅拌边超声分散，得到碳化硼-硼化钛-石墨烯混合液；

4）将步骤3）所得碳化硼-硼化钛-石墨烯混合液进行高能行星球磨处理，然后干燥、过筛后得到混合均匀的碳化硼-硼化钛-石墨烯复合陶瓷粉体，将所得碳化硼-硼化钛-石墨烯复合陶瓷粉体置于热压炉中烧结得到高强韧碳化硼-硼化钛-石墨烯复合陶瓷。

5.根据权利要求4所述的高强韧碳化硼-硼化钛-石墨烯复合陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤1）所述碳化硼粉体中位粒径D₅₀为2~3μm，纯度97wt%以上，氧含量0.5~1 wt%，所述硼化钛粉体的中位粒径D₅₀为2~4 μm，纯度99 wt%以上，所述石墨烯厚度为1~10 nm，片径为2~10 μm。

6.根据权利要求4所述的高强韧碳化硼-硼化钛-石墨烯复合陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤2）所述石墨烯分散液浓度为1~4 mg/mL。

7.根据权利要求4所述的高强韧碳化硼-硼化钛-石墨烯复合陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤3）边机械搅拌边超声分散，机械搅拌速率为100~300 rpm/min，超声分散时间为1~3 h。

8.根据权利要求4所述的高强韧碳化硼-硼化钛-石墨烯复合陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤4）所述高能行星球磨处理工艺条件为：磨球为SiC球，球料比为3~5：1，球磨转速为100~300 rpm/min，球磨时间为2~4 h。