一种B4C复合陶瓷材料的制备方法

本发明涉及材料领域，具体地说，涉及一种b4c复合陶瓷材料的制备方法。

背景技术：

1、b4c陶瓷高熔点、低密度、高硬度、高弹性模量，并且具有优异的耐磨性能和耐腐蚀性能，因而在航空、航天、军工、核工业、机械制造等领域有着广泛的应用，是一种重要的结构陶瓷材料。

2、制备b4c陶瓷材料的方法主要有无压烧结、热压烧结、热等静压烧结、反应烧结、放电等离子体烧结。b4c共价键所占比例为94％，是一种共价键化合物。在b4c陶瓷烧结过程中，由于其b-c结合的共价键结合强度高且不容易被破坏，从而导致烧结过程中粒子扩散缓慢，因此制备致密b4c陶瓷需要很高的烧结温度和较长的烧结时间，耗费了大量的能源。而且b4c陶瓷的断裂韧性较低以及b4c原料粉体的成本较高，限制了b4c陶瓷的广泛应用。

3、为了降低b4c陶瓷的烧结温度和生产成本，提高b4c陶瓷的力学性能，可通过在b4c陶瓷基体中添加第二相制备成b4c复合陶瓷。对此，研究人员需要进一步改进b4c陶瓷的成分设计和制备工艺。开发一种工艺简单、烧结温度相对较低、价格相对较低、力学性能好的b4c复合陶瓷材料，会对b4c材料的广泛应用产生深远影响。

技术实现思路

1、针对现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种b4c复合陶瓷材料的制备方法，该方法制备的b4c/al2o3复合陶瓷具有优异的力学性能。

2、本发明的技术方案是：

3、一种b4c复合陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

4、步骤1，将b4c粉和al2o3粉通过湿法高能球磨混合、干燥后，得到混合粉末；

5、步骤2，将混合粉末进行研磨、过筛；

6、步骤3，在流动ar气氛保护下，对混合粉末进行热压烧结，得到b4c/al2o3复合陶瓷材料。

7、所述的b4c复合陶瓷材料的制备方法，步骤1中，按质量比计，混合粉末中b4c占60％～90％，al2o3占10～40％。

8、所述的b4c复合陶瓷材料的制备方法，步骤1中，b4c粉的粒径≤0.5μm，al2o3粉的粒径≤2.0μm。

9、所述的b4c复合陶瓷材料的制备方法，步骤1中，高能球磨的研磨罐和研磨球的材质分别为尼龙和碳化硅，高能球磨转速不低于280r/min。

10、所述的b4c复合陶瓷材料的制备方法，步骤2中，研磨后过不低于80目的筛网。

11、所述的b4c复合陶瓷材料的制备方法，步骤3中，热压烧结温度为1900℃～1950℃，施加压力为30～40mpa，从1500℃开始缓慢增压，至目标温度前100℃～150℃时，施加压力达到最大值，目标温度下保温保压1～3h。

12、本发明的设计思想是：

13、氧化铝陶瓷的断裂韧性较高，由于al2o3晶粒之间的相互作用力相对于晶粒自身的强度较高，因此氧化铝陶瓷中裂纹易发生穿晶断裂，即晶胞中的原子键发生断裂；而al2o3的晶格结构为三方晶系，晶格参数为断裂过程中表面容易出现纳米级的阶梯状花纹形貌，增加了裂纹的扩展路径，从而提高了断裂韧性。因此，将al2o3颗粒添加到b4c陶瓷基体中，能够起到增加b4c陶瓷断裂韧性的作用。

14、本发明具有以下的优点及有益效果：

15、(1)本发明将b4c粉和al2o3粉湿法高能球磨混合、干燥后，得到混合粉末；将混合粉末进行研磨、过筛；在流动ar气氛保护下，对混合粉末进行热压烧结，得到b4c/al2o3复合陶瓷材料。从而，通过引入价格相对较低、断裂韧性相对较高的al2o3，一方面可在相对较低温度下制备b4c陶瓷，另一方面可使b4c/al2o3复合陶瓷材料能够获得优异的力学性能，其性能指标如下：密度为2.3～2.9g/cm3；相对密度为88.9～98.5％；维氏硬度为12～24gpa；弯曲强度为324～336mpa；断裂韧性为3～5mpa·m1/2。

16、(2)本发明制备方法简单易操作，制备周期短，实用性强，成本相对较低。

技术特征：

1.一种b4c复合陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的b4c复合陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤1中，按质量比计，混合粉末中b4c占60％～90％，al2o3占10～40％。

3.根据权利要求1所述的b4c复合陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤1中，b4c粉的粒径≤0.5μm，al2o3粉的粒径≤2.0μm。

4.根据权利要求1所述的b4c复合陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤1中，高能球磨的研磨罐和研磨球的材质分别为尼龙和碳化硅，高能球磨转速不低于280r/min。

5.根据权利要求1所述的b4c复合陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤2中，研磨后过不低于80目的筛网。

6.根据权利要求1所述的b4c复合陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤3中，热压烧结温度为1900℃～1950℃，施加压力为30～40mpa，从1500℃开始缓慢增压，至目标温度前100℃～150℃时，施加压力达到最大值，目标温度下保温保压1～3h。

技术总结
本发明涉及材料领域，具体地说，涉及一种B<subgt;4</subgt;C复合陶瓷材料的制备方法。首先将B<subgt;4</subgt;C粉和Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;粉按比例混合，在无水乙醇中进行高能球磨混料，混合均匀后获得浆料，干燥后得到均匀混合原料粉体。然后将混合粉末进行研磨、过筛。再在流动Ar气氛保护下，对混合粉末进行热压烧结生成B<subgt;4</subgt;C/Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;复合陶瓷块体。本发明获得的B<subgt;4</subgt;C/Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;复合陶瓷具有优异的力学性能，其制备方法简单易操作，制备周期短，实用性强，成本相对较低。

技术研发人员：张巍,张杰,王京阳
受保护的技术使用者：中国科学院金属研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15