-SiC三元高温共晶复合陶瓷材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及碳化物、硼化物共晶复合陶瓷材料领域，特别是一种B4C-HfB2-SiC三元高温共晶复合陶瓷材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]HfB2属于过渡金属硼化物，作为超高温陶瓷材料，其具有高熔点(3250°C)、高硬度、导电和导热性能好、耐化学腐蚀、耐烧蚀、相对好的高温抗氧化性能和抗冲击性能等特点，但是，单一的硼化铪材料很难烧结致密，且自身强度和韧性相对不高，限制其在苛刻环境下的应用。
[0003]SiC也具有一些优良的性能，主要表现在高硬度、优异的抗氧化性能，好的抗冲击性能和高温强度。有一些文献已有报道SiC可以显著提高硼化铪的高温抗氧化性能，并且可抑制晶粒的生长，获得细小的共晶组织。
[0004]B4C由于其密度小(2.529g/cm3)、高硬度、抗氧化性好、不易老化和耐腐蚀、耐酸性强等性能，有着广泛用途。并且B4C在高温下可以与过渡金属氧化物反应生成金属硼化物，降低其颗粒表面氧化物杂质，使晶界相之间更为干净，另外，B4C也可以抑制硼化铪晶粒的生长，使得材料的共晶结构更为细小。
[0005]采用电弧熔炼法制备出的共晶陶瓷，与传统方法相比，相与相之间的连接界面是熔体自生复合而成，相界面配合性好、非常干净，且结合强度高，共晶组织细小，并呈现相互交错的三维网状结构，使得共晶陶瓷具有优异的高温性能。并且B4C-HfB2-SiC复合陶瓷兼具HfB2、SiC、B4C三者的性能优点，可作为精密加工刀具材料和超高温陶瓷材料，有其非常广泛的用途，如:机械加工刀具、高温电极、炉膛元件、火箭发动机、机翼前缘、飞行器鼻锥以及超音速飞行器的热防护系统等。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是:提供一种B4C-HfB2-SiC三元高温共晶复合陶瓷材料及其制备方法。采用能形成共晶结构的粉体，通过电弧熔炼的方法，制备出B4C-HfB2-SiC三元高温共晶复合陶瓷材料，其具有共晶自生陶瓷的优异特征，而且兼具HfB2、SiC、B4C三者的性能优点，可作为精密加工刀具材料和超高温陶瓷材料，有其非常广泛的用途。
[0007]本发明解决其技术问题采用以下的技术方案:
[0008]本发明提供的B4C-HfB2-SiC三元高温共晶复合陶瓷材料，其特征是由摩尔配比为(35% -55% ):(10% -45% ):(25% -50% )的原料 B4C、HfB2、SiC 构成。
[0009]所述的B4C-HfB2-SiC三元高温共晶复合陶瓷材料，是将所述的三种原料经球磨机混合均匀后，压成片状，通过电弧熔炼的方法，获得的。
[0010]本发明提供的B4C-HfB2-SiC三元高温共晶复合陶瓷材料的制备方法，具体是:通过改变B4C、HfB2, SiC粉末三者之间的配比，将其混合均匀，其中B4C的摩尔含量变化范围为35% -55%, HfBj^摩尔含量变化范围为10% -45%, SiC的摩尔含量变化范围为25% -50%,然后将球磨混料工艺混合均匀后的粉体压成片状，放入电弧熔炼炉中，在高温下试样快速熔融，后随电弧熔炼炉中铜板迅速冷却，获得B4C-HfB2-SiC复合陶瓷，其具有共晶结构和特定的生长方向。
[0011]所述B4C粉末的纯度为98%，粒径为1-10 μ m。
[0012]所述HfB2粉末的纯度为99%。
[0013]所述SiC粉末为β -SiC,粒径为0.5 μ m。
[0014]所述球磨混料工艺，采用的是聚乙稀的球磨罐、玛瑙球，球磨lh。
[0015]本方法是将球磨混料工艺混合均匀后的粉体在室温下冷等静压成直径为10_，高为5mm的片状。
[0016]所述快速熔融和冷却过程是在型号为ACM-SOl的电弧熔炼炉中进行。
[0017]所述共晶结构的生长方向为垂直于铜板方向。
[0018]本发明与现有技术相比，其中:
[0019]1.提供的B4C-HfB2-SiC三元高温共晶复合陶瓷材料，具有以下的主要优点:
[0020]该材料性能优异，可作为精密加工刀具材料和超高温陶瓷材料，有其非常广泛的用途，如:机械加工刀具、高温电极、炉膛元件、火箭发动机、机翼前缘、飞行器鼻锥以及超音速飞行器的热防护系统等。
[0021 ] 2.提供的B4C-HfB2-SiC三元高温共晶复合陶瓷材料的制备方法，具有以下的主要优点:
[0022](I)该材料相与相之间的连接界面是熔体自生复合而成，相界面配合性好、非常干净，且结合强度高。
[0023](2)该材料共晶组织细小，且呈现相互交错的三维网状结构，结构均匀。
[0024](3) B4C, SiC对HfBj^某些性能有一定程度的改善或提高，且其兼具HfB 2、SiC、B4C三者的性能优点。
[0025](4)该方法制备出的材料性能优异，能在更为苛刻的环境下应用，具有更广泛的用途。
[0026](5)制备工艺简单，为工业化生产提供了基础指导。
【附图说明】
[0027]图1是本发明B4C、HfB#P SiC按摩尔比为35:25:40进行配料，经球磨机混合均匀后的粉体在室温下冷等静压成片状，而后在电弧熔炼炉中快速熔融、冷却制得的试样垂直于生长方向的XRD图谱。
[0028]图2是本发明B4C、HfB#P SiC按摩尔比为35:25:40进行配料，经球磨机混合均匀后的粉体在室温下冷等静压成片状，而后在电弧熔炼炉中快速熔融、冷却制得的试样垂直于生长方向的BSE图谱。
[0029]图3是本发明B4C、HfB#P SiC按摩尔比为40:15:45进行配料，经球磨机混合均匀后的粉体在室温下冷等静压成片状，而后在电弧熔炼炉中快速熔融、冷却制得的试样垂直于生长方向的XRD图谱。
[0030]图4是本发明B4C、HfB#P SiC按摩尔比为40:15:45进行配料，经球磨机混合均匀后的粉体在室温下冷等静压成片状，而后在电弧熔炼炉中快速熔融、冷却制得的试样垂直于生长方向的BSE图谱。
[0031]图5是本发明B4C、HfB#P SiC按摩尔比为50:15:35进行配料，经球磨机混合均匀后的粉体在室温下冷等静压成片状，而后在电弧熔炼炉中快速熔融、冷却制得的试样垂直于生长方向的XRD图谱。
[0032]图6是本发明B4C、HfB#P SiC按摩尔比为50:15:35进行配料，经球磨机混合均匀后的粉体在室温下冷等静压成片状，而后在电弧熔炼炉中快速熔融、冷却制得的试样垂直于生长方向的BSE图谱。
[0033]图7是本发明B4C、HfB#P SiC按摩尔比为55:10:35进行配料，经球磨机混合均匀后的粉体在室温下冷等静压成片状，而后在电弧熔炼炉中快速熔融、冷却制得的试样垂直于生长方向的XRD图谱。
[0034]图8是本发明B4C、HfB#P SiC按摩尔比为55:10:35进行配料，经球磨机混合均匀后的粉体在室温下冷等静压成片状，而后在电弧熔炼炉中快速熔融、冷却制得的试样垂直于生长方向的BSE图谱。
【具体实施方式】
[0035]下面结合具体的实施案例及附图对本发明作进一步说明，但不限定本发明。
[0036]实施例1
[0037]本实施例提供的复合陶瓷材料是一种B4C-HfB2-SiC三元高温共晶复合陶瓷材料，该材料由摩尔配比为(35% -55% ):(10% -45% ):(25% -50% )的原料 B4C、HfB2、SiC 构成。
[0038]所述B4C采用市售的高纯度B4C粉末，纯度为98%，粒径为l-lOym。
[0039]所述HfB2采用市售的高纯度HfB 2粉末，纯度为99%。
[0040]所述的SiC采用市售的高纯度β-SiC粉末，粒径为0.5 μ m。
[0041]将上述原料经球磨机混合均匀后，压成片状，通过电弧熔炼的方法，获得B4C-HfB2-SiC三元高温共晶复合陶瓷材料。该球磨混料工艺采用的是聚乙稀的球磨罐、玛瑙球，型号为Retsch