专利名称：一种致密超高温多层陶瓷材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种致密超高温多层陶瓷材料的制备方法，现有技术中存在的制备材料工艺复杂、密度难突破等问题。
背景技术：
超音速飞行器、长航时滑翔式战略机动弹、超高音速再入飞行器在极端的气动加热条件飞行时尖锐的前缘或者壳体可能会由于烧蚀引起钝化，这将降低导弹和飞行器的速度等其他性能，必须采用适合的材料与适当的方法制造出满足非烧蚀要求的超高温组件。 作为抗烧蚀超高温材料，其致密性要求非常高，而且材料的结构设计需要灵活复杂。超高温陶瓷材料，尤其是难熔金属&、Hf和Ta的硼化物、碳化物，代表了工作温度在2000°C以上的可行的候选材料。这些材料在航天领域具有重要的应用价值，因而受到极大的关注。目前超高温陶瓷材料的制备工艺主要是热压烧结和放电等离子烧结，但这些工艺在优化方面并未有大的进展，且制得致密性高的陶瓷材料仅限于块体陶瓷材料，难满足材料结构设计复杂性的要求，所得的材料也仅限于实验室中制备和性能研究。层状陶瓷材料由于存在层与层之间的烧结各向异性，由此会表现出不同的烧结行为，将导致致密化速率不一致，很难达到整体的致密。
发明内容
要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种致密超高温多层陶瓷材料的制备方法，是一种无污染，并且能够满足材料结构设计多元化的要求，最重要制得致密性高的超高温材料。技术方案一种致密超高温多层陶瓷材料的制备方法，其特征在于步骤如下步骤1 将&化、20 40vol%的SiC和小于IOvol %的B4C加入50 60vol%蒸馏水和1. 9 2V01%分散剂四甲基氢氧化铵中进行球磨，再加入20 30VOl%的粘结剂 PVA溶液和6 7vol%增塑剂1，3_丙二醇进行二次球磨，在真空度为0. 085Mpa中进行真空除泡制得流延浆料，然后通过流延模具内嵌的玻璃板的高度来控制坯片的厚度为500 1000 μ m，刮膜后在空气中干燥并制备得A层素坯；所述PVA溶液的浓度为5%;上述各体积百分数为占粉体体积的体积百分数；步骤2 将SiC和5vol%的B4C加入50 60vol%蒸馏水和0. 6 0. 7vol%分散剂四甲基氢氧化铵中进行球磨，再加入20 30vol %的粘结剂PVA溶液和6 7vol %增塑剂1，3-丙二醇进行二次球磨，在真空度为0. 085Mpa中进行真空除泡制得流延浆料，然后通过流延模具内嵌的玻璃板的高度来控制坯片的厚度为500 1000 μ m，刮膜后在空气中干燥并制备得B层素坯；上述各体积百分数为占SiC粉体体积的体积百分数；
步骤3 将A层素坯和B层素坯根据试样的要求裁剪后交替叠层，经冷等静压预成型，压力为189MPa，保压时间60s，一级卸压时间30s，二级卸压时间8s ；
步骤4:置于石墨模具中在500°C下保温1小时进行排胶，然后进行热压烧结，烧结的条件为烧结温度范围在1850°C 2000°C，保温2小时，压力约为35MPa，气氛为Ar。
步骤3中的交替叠层为多层。
交替叠层的多层为A层与B层交叉叠层。
交替叠层的多层为多个A层与多个B层交叉叠层。
有益效果
本发明提出的一种致密超高温多层陶瓷材料的制备方法，有益效果是(1)用水基流延法代替有机流延法制得均勻稳定的浆料，无污染；( 制备工艺灵活，可进行大规格样品以及复杂结构样品的设计，致密度高。本发明有效解决样品致密度问题，为复杂结构制品提供制备可能。
图1 自制流延膜片的模具西南等轴测图2 超高温多层陶瓷样品烧结后横切面SEM图3 超高温多层陶瓷两相之间交接处的SEM图；具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述
实例一
(1)将 ZrB2+20vol % SiC+5vol % B4C 加入 5Ovol %蒸溜水和 1. %vol %分散剂四甲基氢氧化铵中进行球磨，再加入25V01%的粘结剂PVA溶液和6. 35V01%增塑剂1，3_丙二醇进行二次球磨，在真空度为0. 085Mpa中进行真空除泡制得流延浆料，然后通过流延模具内嵌的玻璃板的高度来控制坯片的厚度为800 μ m，刮膜后在空气中干燥并制备得A层素坯；所述PVA溶液的浓度为5% ；
步骤2 将SiC+5vol%B4C加入55vol%蒸馏水和0. 65vol%分散剂四甲基氢氧化铵中进行球磨，再加入25vol %的粘结剂PVA溶液和6. 35vol %增塑剂1，3-丙二醇进行二次球磨，在真空度为0. 085Mpa中进行真空除泡制得流延浆料，然后通过流延模具内嵌的玻璃板的高度来控制坯片的厚度为800 μ m，刮膜后在空气中干燥并制备得B层素坯；
步骤3 将A层素坯和B层素坯根据试样的要求裁剪后交替叠层，经冷等静压预成型，压力为189MPa，保压时间60s，一级卸压时间30s，二级卸压时间8s ；
步骤4:置于石墨模具中在500°C下保温1小时进行排胶，然后进行热压烧结，烧结的条件为烧结温度为1850°C，保温2小时，压力约为35MPa，气氛为Ar。
步骤3中的交替叠层为多层。
交替叠层的多层为A层与B层交叉叠层。
交替叠层的多层为多个A层与多个B层交叉叠层(A+B+A+B...)。
实例二
1)将 ZrB2+36vol% SiC+5vol % B4C 加入 55vol % 蒸溜水和 1·95νο1% 分散剂四甲基氢氧化铵中进行球磨，再加入25V01%的粘结剂PVA溶液和6. 35V01%增塑剂1，3_丙二醇进行二次球磨，在真空度为0. 085Mpa中进行真空除泡制得流延浆料，然后通过流延模具内嵌的玻璃板的高度来控制坯片的厚度为600 μ m,刮膜后在空气中干燥并制备得A层素坯；所述PVA溶液的浓度为5% ；步骤2 将SiC+5vol%B4C加入55vol%蒸馏水和0. 65vol%分散剂四甲基氢氧化铵中进行球磨，再加入25vol %的粘结剂PVA溶液和6. 35vol %增塑剂1，3-丙二醇进行二次球磨，在真空度为0. 085Mpa中进行真空除泡制得流延浆料，然后通过流延模具内嵌的玻璃板的高度来控制坯片的厚度为600 μ m,刮膜后在空气中干燥并制备得B层素坯；步骤3 将A层素坯和B层素坯根据试样的要求裁剪后交替叠层，经冷等静压预成型，压力为189MPa，保压时间60s，一级卸压时间30s，二级卸压时间8s ；步骤4:置于石墨模具中在500°C下保温1小时进行排胶，然后进行热压烧结，烧结的条件为烧结温度范围在1900°C，保温2小时，压力约为35MPa，气氛为Ar。步骤3中的交替叠层为多层。交替叠层的多层为两个A层与B层交叉叠层。交替叠层的多层为多个A层与多个B层交叉叠层(A+A+B+A+A+B...)。实例三1)将 ZrB2+40vol% SiC+5vol % B4C 加入 60vol % 蒸溜水和 1·95νο1% 分散剂四甲基氢氧化铵中进行球磨，再加入25V01%的粘结剂PVA溶液和6. 35V01%增塑剂1，3_丙二醇进行二次球磨，在真空度为0. 085Mpa中进行真空除泡制得流延浆料，然后通过流延模具内嵌的玻璃板的高度来控制坯片的厚度为500 μ m，刮膜后在空气中干燥并制备得A层素坯；所述PVA溶液的浓度为5% ；步骤2 将SiC+5vol%B4C加入55vol%蒸馏水和0. 65vol%分散剂四甲基氢氧化铵中进行球磨，再加入25vol %的粘结剂PVA溶液和6. 35vol %增塑剂1，3-丙二醇进行二次球磨，在真空度为0. 085Mpa中进行真空除泡制得流延浆料，然后通过流延模具内嵌的玻璃板的高度来控制坯片的厚度为500 μ m，刮膜后在空气中干燥并制备得B层素坯；步骤3 将A层素坯和B层素坯根据试样的要求裁剪后交替叠层，经冷等静压预成型，压力为189MPa，保压时间60s，一级卸压时间30s，二级卸压时间8s ；步骤4:置于石墨模具中在500°C下保温1小时进行排胶，然后进行热压烧结，烧结的条件为烧结温度范围在2000°C，保温2小时，压力约为35MPa，气氛为Ar。步骤3中的交替叠层为多层。交替叠层的多层为A层与两个B层交叉叠层。交替叠层的多层为多个A层与多个B层交叉叠层(A+B+B+A+B+B...)。
权利要求
1.一种致密超高温多层陶瓷材料的制备方法，其特征在于步骤如下步骤1 将ZrB2,20 40vol %的SiC和小于IOvol %的B4C加入50 60vol %蒸馏水和 1. 9 2V01%分散剂四甲基氢氧化铵中进行球磨，再加入20 30VOl%的粘结剂PVA溶液和6 7V01%增塑剂1，3_丙二醇进行二次球磨，在真空度为0. 085Mpa中进行真空除泡制得流延浆料，然后通过流延模具内嵌的玻璃板的高度来控制坯片的厚度为500 ΙΟΟΟμπι， 刮膜后在空气中干燥并制备得A层素坯；所述PVA溶液的浓度为5%;上述各体积百分数为占粉体体积的体积百分数；步骤2 将SiC和5vol%的B4C加入50 60vol%蒸馏水和0. 6 0. 7vol%分散剂四甲基氢氧化铵中进行球磨，再加入20 30vol %的粘结剂PVA溶液和6 7vol %增塑剂1， 3-丙二醇进行二次球磨，在真空度为0. 085Mpa中进行真空除泡制得流延浆料，然后通过流延模具内嵌的玻璃板的高度来控制坯片的厚度为500 ΙΟΟΟμπι，刮膜后在空气中干燥并制备得B层素坯；上述各体积百分数为占SiC粉体体积的体积百分数；步骤3 将A层素坯和B层素坯根据试样的要求裁剪后交替叠层，经冷等静压预成型， 压力为189MPa，保压时间60s，一级卸压时间30s，二级卸压时间8s ；步骤4:置于石墨模具中在500°C下保温1小时进行排胶，然后进行热压烧结，烧结的条件为烧结温度范围在1850°C 2000°C，保温2小时，压力约为35MPa，气氛为Ar。
2.根据权利要求1所述的致密超高温多层陶瓷材料的制备方法，其特征在于步骤3 中的交替叠层为多层。
3.根据权利要求1或2所述的致密超高温多层陶瓷材料的制备方法，其特征在于交替叠层的多层为A层与B层交叉叠层。
4.根据权利要求1或2所述的致密超高温多层陶瓷材料的制备方法，其特征在于交替叠层的多层为多个A层与多个B层交叉叠层。
全文摘要
本发明涉及一种致密超高温多层陶瓷材料的制备方法，技术特征在于以ZrB2和SiC粉料为主要原料，通过一定添加剂制得稳定性、流动性良好的流延浆料，经真空除泡后流延干燥成素坯。将上述制得的ZrB2相和SiC相坯片交替叠层，裁剪，排布装入石墨模具中，经冷等静压预成型后排胶。最后分别在1900℃、1950℃、2000℃温度下，压力35MPa，Ar气氛保护下经2小时热压烧结，经验证不同烧结温度下的致密度分别为97.7％、99.7％、99.1％，而层状陶瓷材料由于层间的烧结各向异性很难达到整体致密，同时该发明坯片是水基流延无污染，叠层结构设计多元化，最重要的是“简单成分，复杂结构”。
文档编号C04B35/565GK102491754SQ201110382758
公开日2012年6月13日 申请日期2011年11月27日 优先权日2011年11月27日
发明者左凤娟, 成来飞 申请人:西北工业大学