[发明专利]一种烧结法制备钛副族碳氮化物固溶体复相陶瓷材料的方法

说明书

一种烧结法制备钛副族碳氮化物固溶体复相陶瓷材料的方法。本发明属于复相陶瓷材料领域。本发明的目的是为了解决现有复相陶瓷的烧结性和断裂韧性差的技术问题。方法：步骤1：将钛副族碳化物粉体和钛副族碳氮化物粉体混合或还加入钛副族碳氢化物粉体，球磨混料，过筛后得到混合粉体；步骤2：将步骤1得到的混合粉体进行放电等离子体烧结或热压烧结，得到钛副族碳氮化物固溶体复相陶瓷材料。本发明制备方法利用同族元素之间固溶特性相互作为烧结助剂，可以丰富相界，改善钛副族陶瓷的烧结性能，达到固溶强化的效果。且当钛副族氢化物添加后，烧结过程在初期阶段进行保温，引入空位，显著提升了致密度。

技术领域

本发明属于复相陶瓷材料领域，具体涉及一种烧结法制备钛副族碳氮化物固溶体复相陶瓷材料的方法。

背景技术

由于钛副族碳氮化物的高熔点、高硬度、良好的抗热震性和固态相稳定性，因此在超高温领域应用中极具潜力。钛副族碳氮化物的密度比其他难熔碳化物如TaC和WC的密度低，因此钛副族碳氮化物是用于下一代火箭发动机和高超音速航天器结构部件的良好潜在材料。同时在超硬工具材料、微电子材料和核能储备材料及涂层材料等许多领域都具有广阔应用前景。但由于钛副族碳氮化物高的共价键配位特性和低的自扩散系数，使复相陶瓷的烧结性和断裂韧性差，其使用受到限制。

近年来，人们已经做出许多努力来提高钛副族碳氮化物陶瓷的可烧结性，但是引入不同的添加剂会损伤材料固有性能，且烧结材料依然常出现获得的微观结构与性能不理想，以及自身烧结温度高等问题，因此面对日益迫切的高性能需求，制备出优异的钛副族碳氮复相陶瓷对于复合材料领域具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有复相陶瓷的烧结性和断裂韧性差的技术问题，而提供一种烧结法制备钛副族碳氮化物固溶体复相陶瓷材料的方法。

本发明的一种烧结法制备钛副族碳氮化物固溶体复相陶瓷材料的方法按以下步骤进行：

步骤1：将钛副族碳化物粉体和钛副族碳氮化物粉体混合，先超声分散，然后在惰性气体保护下球磨混料，过筛后得到混合粉体；

步骤2：将步骤1得到的混合粉体进行放电等离子体烧结或热压烧结，得到钛副族碳氮化物固溶体复相陶瓷材料。

进一步限定，步骤1中所述钛副族碳化物粉体为碳化钛粉体、碳化锆粉体或碳化铪粉体。

进一步限定，步骤1中所述钛副族碳氮化物粉体为碳氮化钛粉体、碳氮化锆粉体或碳氮化铪粉体。

进一步限定，步骤1中所述钛副族碳化物粉体和钛副族碳氮化物粉体的粒径均为1μm～3μm。

进一步限定，步骤1中所述超声分散的频率为30kHz～40kHz，时间为10min～30min。

进一步限定，步骤1中所述球磨的磨球为硬质合金，球料比为(5～50):1，球磨转速为200rpm～300rpm，球磨时间为5h～30h。

进一步限定，步骤1中所述是指过200目筛。

进一步限定，步骤1中所述混合粉体为碳化锆粉体和碳氮化钛粉体的混合物、碳化钛粉体和碳氮化锆粉体的混合物、碳化铪粉体和碳氮化钛粉体的混合物、碳化钛粉体和碳氮化铪粉体的混合物、碳化锆粉体和碳氮化铪粉体组成的物或碳化铪粉体和碳氮化锆粉体的混合物。

进一步限定，步骤1中所述混合粉体(以摩尔百分含量为100％计)中钛副族碳化物粉体的摩尔质量分数为80％～95％，余量为钛副族碳氮化物。