专利名称：流延-浸渍法制备层状硼化锆超高温陶瓷的方法
技术领域：
本发明提供一种流延-浸渍法制备层状硼化锆超高温陶瓷的方法，属于超高温陶瓷的制备技术领域。
背景技术：
硼化锆陶瓷具有优越的耐高温和耐腐蚀性能及相对较低的理论密度，因此一直被认为是超高温陶瓷(UHTCs)家族中最有应用前景的材料之一。目前，硼化锆陶瓷已广泛用作各种高温结构及功能材料，如航空工业中的涡轮叶片、磁流体发电电极等。但硼化锆陶瓷断裂韧性较低，韧值仅为4 5MPa · m1/2,限制了其在苛刻作业环境下的应用，如超声速飞行器鼻锥和前沿、超燃冲压发动机热端部件等。因此，为了保证使用过程中的可靠性和安全性，必须改善硼化锆陶瓷的脆性问题，从而提高其耐热冲击性能。方法1是提高断裂韧性，方法2是使断裂方式为非脆性断裂。目前已有关于制备超高温硼化锆陶瓷的报道， 如专利号为CN101602597A的“硼化锆-碳化硅-碳黑三元高韧化超高温陶瓷基复合材料及其制备方法”强度为132. 03 695. 54MPa,断裂韧性为2. 01 6. 57MPa · m1/2 ；专利号为CN101250061B的“氧化锆增韧硼化物超高温陶瓷基复合材料的制备方法”断裂韧性达到 6. 0 6. SMPa · m1/2，但断裂韧性仍有待进一步提高。而对断裂方式改善问题没有报道。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有硼化锆超高温陶瓷韧性差的问题，而提供一种流延-浸渍法制备层状硼化锆超高温陶瓷的方法。其技术方案为一种流延-浸渍法制备层状硼化锆超高温陶瓷的方法，其特征在于采用以下步骤1)制备流延片，先将粘结剂、增塑剂和溶剂搅拌均勻，再加入硼化锆陶瓷粉料形成流延料，然后流延成型，室温干燥脱模后得到200 1000 μ m厚的流延片；2)采用浸渍法，将流延片浸入石墨或氮化硼料浆中，对流延片浸渍，通过浸渍提拉次数控制浸渍厚度；3)对流延片依照模具大小切片；4)将切片后的流延片叠加放入磨具中，真空脱脂，脱脂时，升温速度为2 ；TC / min，升温至600 700°C，保温0. 5 Ih ；5)在氩气气氛下热压烧结，烧结温度为1900 2000°C，保温0.5 2h，压力为 20 40Mpa，即得层状硼化锆超高温陶瓷。所述的流延-浸渍法制备层状硼化锆超高温陶瓷的方法，步骤1)中，制备流延片的硼化锆陶瓷粉料由硼化锆粉末和碳化硅粉末按体积百分比70 90% 10 30%混合而成，硼化锆粉末的粒径为1 5 μ m，碳化硅粉末的粒径为0. 5 2 μ m。所述的流延-浸渍法制备层状硼化锆超高温陶瓷的方法，步骤1)中，以制备流延片的硼化锆陶瓷粉料为基础计算，按重量百分比称取粘结剂5 10%、增塑剂5 10%和溶剂100 200%。所述的流延-浸渍法制备层状硼化锆超高温陶瓷的方法，步骤幻中，石墨料浆的制备方法为先称量石墨粉料，然后以石墨粉料重量为基础，按重量百分比称取增塑剂20 30%和去离子水1000 2000%。所述的流延-浸渍法制备层状硼化锆超高温陶瓷的方法，步骤幻中，氮化硼料浆的制备方法为先称量氮化硼粉料，然后以氮化硼粉料重量为基础，按重量百分比称取增塑剂20 30%和去离子水1000 2000%。所述的流延-浸渍法制备层状硼化锆超高温陶瓷的方法，粘结剂采用聚乙烯醇缩丁醛；溶剂采用乙醇；增塑剂采用聚乙二醇和聚乙烯醇中的一种或两种的混合。本发明与现有技术相比，具有如下优点1、在本发明制得的层状超高温陶瓷中，硼化锆-碳化硅层为硬层，石墨层或氮化硼层为软层，这样当超高温陶瓷在受到外力、裂纹扩展至软层时，便转向平行层片方向扩展，并通过软层继续传递载荷，待载荷增大时，裂纹才又转向垂直层片方向扩展并穿过下一层，这样，裂纹在穿过硬层后就发生偏转，增加了裂纹的扩展路径，从而提高了材料的断裂韧性断，裂韧性高达8. 3MPa · m1/2 ；2、通过浸渍提拉次数可控制浸渍厚度，调节层状超高温陶瓷的力学性能；3、块体陶瓷为脆性断裂，而层状硼化锆陶瓷为对裂纹损伤具有一定容忍能力的逐次断裂。
图1是本发明实施例1所得层状超高温陶瓷的SEM照片；图2是本发明实施例1所得层状超高温陶瓷断裂韧性测试后的SEM照片；图3是本发明实施例1所得层状超高温陶瓷的载荷位移曲线。
具体实施例方式实施例11、硼化锆流延片制备先称量2. 61克聚乙烯醇缩丁醛、2. 61克聚乙二醇、52. 23克乙醇，通过搅拌使混合均勻，再加入42. 63克1 μ m的硼化锆粉末、9. 60克0. 5 μ m碳化硅粉末，搅拌均勻形成流延料，流延，室温干燥脱模后得到1000 μ m厚的流延片，其中硼化锆粉末和碳化硅粉末是按照70% 30%的体积百分比称取；2、浸渍先称量2克聚乙二醇加入100克去离子水中搅拌均勻，再加入10克石墨形成料浆；然后采用浸渍法，将流延片浸入石墨料浆中，对流延片浸渍，通过浸渍提拉1次；3、对流延片依照模具大小切片；4、将切片后的流延片叠加放入磨具中，真空脱脂，脱脂时，升温速度为2°C /min, 升温至700°C，保温Ih ；5、在氩气气氛下热压烧结，烧结温度为1900°C，保温0.证，压力为40MPa，即得层状硼化锆超高温陶瓷。实施例21、硼化锆流延片制备先称量5. 51克聚乙烯醇缩丁醛、5. 51克聚乙二醇、82. 68克乙醇，通过搅拌使混合均勻，再加入48. 72克2 μ m的硼化锆粉末、6. 40克1 μ m碳化硅粉末，搅拌均勻形成流延料，流延，室温干燥脱模后得到300 μ m厚的流延片，其中硼化锆粉末和碳化硅粉末是按照80% 20%的体积百分比称取；2、浸渍先称量3克聚乙二醇加入200克去离子水中搅拌均勻，再加入10克氮化硼形成料浆；然后采用浸渍法，将流延片浸入石墨料浆中，对流延片浸渍，通过浸渍提拉2 次；3、对流延片依照模具大小切片；4、将切片后的流延片叠加放入磨具中，真空脱脂，脱脂时，升温速度为2. 5°C / min，升温至700°C，保温Ih ；5、在氩气气氛下热压烧结，烧结温度为1950°C，保温lh，压力为30MPa，即得层状硼化锆超高温陶瓷。实施例31、硼化锆流延片制备先称量4. 06克聚乙烯醇缩丁醛、4. 06克聚乙烯醇、116. 02 克乙醇，通过搅拌使混合均勻，再加入81克5 μ m的硼化锆粉末、3. 20克2 μ m碳化硅粉末，搅拌均勻形成流延料，流延，室温干燥脱模后得到200 μ m厚的流延片，其中硼化锆粉末和碳化硅粉末是按照90% 10%的体积百分比称取；2、浸渍先称量2. 5克聚乙烯醇加入150克去离子水中搅拌均勻，再加入10克石墨形成料浆；然后采用浸渍法，将流延片浸入石墨料浆中，对流延片浸渍，通过浸渍提拉3 次；3、对流延片依照模具大小切片；4、将切片后的流延片叠加放入磨具中，真空脱脂，脱脂时，升温速度为3°C /min, 升温至700°C，保温Ih ；5、在氩气气氛下热压烧结，烧结温度为2000°C，保温2h，压力为20MPa，即得层状硼化锆超高温陶瓷。实施例41、硼化锆流延片制备先称量4. 06克聚乙烯醇缩丁醛、4克聚乙二醇、1克聚乙烯醇、116. 02克乙醇，通过搅拌使混合均勻，再加入54. 81克2 μ m的硼化锆粉末、3. 20克2 μ m 碳化硅粉末，搅拌均勻形成流延料，流延，室温干燥脱模后得到200 μ m厚的流延片，其中硼化锆粉末和碳化硅粉末是按照90% 10%的体积百分比称取；2、浸渍先称量1. 5克聚乙二醇、1克聚乙烯醇加入180克去离子水中搅拌均勻， 再加入10克石墨形成料浆；然后采用浸渍法，将流延片浸入石墨料浆中，对流延片浸渍，通过浸渍提拉3次；3、对流延片依照模具大小切片；4、将切片后的流延片叠加放入磨具中，真空脱脂，脱脂时，升温速度为3°C /min, 升温至700°C，保温Ih ；5、在氩气气氛下热压烧结，烧结温度为2000°C，保温2h，压力为20MPa，即得层状
硼化锆超高温陶瓷。
权利要求
1.一种流延-浸渍法制备层状硼化锆超高温陶瓷的方法，其特征在于采用以下步骤1)制备流延片，先将粘结剂、增塑剂和溶剂搅拌均勻，再加入硼化锆陶瓷粉料形成流延料，然后流延成型，室温干燥脱模后得到200 1000 μ m厚的流延片；2)采用浸渍法，将流延片浸入石墨或氮化硼料浆中，对流延片浸渍，通过浸渍提拉次数控制浸渍厚度；3)对流延片依照模具大小切片；4)将切片后的流延片叠加放入磨具中，真空脱脂，脱脂时，升温速度为2 ;TC/min,升温至600 700°C，保温0. 5 Ih ；5)在氩气气氛下热压烧结，烧结温度为1900 2000°C，保温0.5 2h，压力为20 40Mpa,即得层状硼化锆超高温陶瓷。
2.如权利要求1所述的流延-浸渍法制备层状硼化锆超高温陶瓷的方法，其特征在于 步骤1)中，制备流延片的硼化锆陶瓷粉料由硼化锆粉末和碳化硅粉末按体积百分比70 90% 10 30%混合而成，硼化锆粉末的粒径为1 5 μ m，碳化硅粉末的粒径为0. 5 2 μ m0
3.如权利要求1所述的流延-浸渍法制备层状硼化锆超高温陶瓷的方法，其特征在于步骤1)中，以制备流延片的硼化锆陶瓷粉料为基础计算，按重量百分比称取粘结剂5 10%、增塑剂5 10%和溶剂100 ~ 200% ο
4.如权利要求1所述的流延-浸渍法制备层状硼化锆超高温陶瓷的方法，其特征在于 步骤2)中，石墨料浆的制备方法为先称量石墨粉料，然后以石墨粉料重量为基础，按重量百分比称取增塑剂20 30%和去离子水1000 2000%。
5.如权利要求1所述的流延-浸渍法制备层状硼化锆超高温陶瓷的方法，其特征在于 步骤2、中，氮化硼料浆的制备方法为先称量氮化硼粉料，然后以氮化硼粉料重量为基础， 按重量百分比称取增塑剂20 30%和去离子水1000 2000%。
6.如权利要求1或3所述流延-浸渍法制备层状硼化锆超高温陶瓷的方法，其特征在于粘结剂采用聚乙烯醇缩丁醛；溶剂采用乙醇。
7.如权利要求1、3、4或5所述流延-浸渍法制备层状硼化锆超高温陶瓷的方法，其特征在于增塑剂采用聚乙二醇和聚乙烯醇中的一种或两种的混合。
全文摘要
本发明提供一种流延-浸渍法制备层状硼化锆超高温陶瓷的方法，其特征在于采用以下步骤1)采用流延法制备硼化锆流延片，先将粘结剂、增塑剂和溶剂搅拌均匀，再加入硼化锆陶瓷粉料形成流延料，然后流延成型，室温干燥脱模后得到200～1000μm厚的流延片；2)采用浸渍法，将流延片浸入石墨或氮化硼料浆中，对流延片浸渍；3)对流延片依照模具大小切片；4)将切片后的流延片叠加放入磨具中，真空脱脂；5)在氩气气氛下热压烧结，即得层状硼化锆超高温陶瓷，断裂韧性高达8.3MPa·m1/2。本发明所得的层状硼化锆陶瓷的断裂方式为非脆性断裂，即表现为对裂纹损伤具有一定容忍能力的逐次断裂，性能优良。
文档编号C04B35/622GK102173830SQ20101062237
公开日2011年9月7日 申请日期2010年12月30日 优先权日2010年12月30日
发明者周立娟, 牛金叶, 董抒华, 魏春城 申请人:山东理工大学