°C保温2h。所得材料致密度达到97%。力学性能测试表明，材料的硬度为21GPa，韧性为3.5MPa.m1/2，四点抗弯强度为600MPa。
[0026]实施例2
设计ZrCx-Zr3Al3C5-SiC中Zr3Al3C5含量为10wt%, SiC含量为0，即取反应方程式ZrC+yAI+zSi = (1-y) ZrCx+zSiC+y/3Zr3A13C5 中的 y=0.078、z=0 配料。按照实施例1 的方法进行粉体混合及烧结，在1800°C保温2h。所得材料致密度达到97%。经过力学性能测试，材料的硬度为19GPa，韧性:4.5MPa.m1/2，四点抗弯强度:650MPa。
[0027]实施例3
设计ZrCx-Zr3Al3C5-SiC中Zr3Al3C5含量为30wt%, SiC含量为0，即取反应方程式Zr C+yA I+z S i = (1-y) Zr Cx+z S i C+y/ 3 Zr 3A13C5 中的 y=0.25、z=0 配料。按照实施例1 的方法进行粉体混合及烧结，与实施例1不同的是:在1800°C保温lh。所得材料致密度达到98%。材料的XRD图谱和抛光面显微结构分别如图1和图2所示。经过力学性能测试，材料的硬度为17GPa，韧性:5.4MPa.m1/2，四点抗弯强度:700MPa。
[0028]实施例4
设计ZrCx-Zr3Al3C5-SiC中Zr3Al3C5含量为30wt%，SiC含量为2.5wt%,即取反应方程式 Zr C+yA l+zSi=(l-y)ZrCx+zSi C+y/ 3Zr 3A13C5 中的 y=0.25、z=0.078。按照实施例1 的方法进行粉体混合及烧结，与实施例1不同的是:在1700°C保温lh。所得材料致密度达到98%，材料的抛光面显微结构如图3所示。经过力学性能测试，材料的硬度为17GPa，韧性:6.0MPa.m1/2，四点抗弯强度:740MPa。
[0029]实施例5
设计ZrCx-Zr3Al3C5-SiC中Zr3Al3C5含量为10wt%，SiC含量为5wt%，即取反应方程式Zr C+yA l+zSi=(l-y) Zr Cx+z S i C+y/ 3 Zr 3A13C5 中的 y=0.083、z=0.155 配料。按照实施例1的方法进行粉体混合及烧结，与实施例1不同的是:烧结时升温速率为20°C /min，升温至1300°C开始施加60MPa的压力，在1600°C保温lh。所得材料致密度达到98%。经过力学性能测试，材料的硬度为19GPa，韧性:6.5MPa.m1/2，四点抗弯强度:800MPa。
[0030]实施例6
设计ZrCx-Zr3Al3C5-SiC中Zr3Al3C5含量为5wt%，SiC含量为10wt%，即取反应方程式Zr C+yA l+zSi=(l-y) Zr Cx+z S i C+y/ 3 Zr 3A13C5 中的 y=0.043、z=0.326 配料。按照实施例1的方法进行粉体混合及烧结，与实施例1不同的是:烧结时升温速率为40°C /min，升温至1300°C开始施加60MPa的压力，在1600°C保温0.5h。所得材料致密度达到98%，经过力学性能测试，材料的硬度为18GPa，韧性:5.0MPa.m1/2，四点抗弯强度:770MPa。
[0031]对比例I
设计ZrCx-Zr3Al3C5-SiC中Zr3Al3C5含量为0，SiC含量为5wt%，即取反应方程式Zr C+yA I+z S i = (1-y) Zr Cx+z S i C+y/ 3 Zr 3A13C5 中的 y=0、z=0.155 配料。按照实施例1 的方法进行粉体混合及烧结，与实施例1不同的是:烧结时升温速率为20°C /min，升温至1300°C开始施加60MPa的压力，在1600°C保温lh。所得材料致密度达到98%。经过力学性能测试，材料的硬度为19GPa，韧性:3.3MPa.m1/2，四点抗弯强度:590MPa。
[0032]对比例2
设计ZrCx-Zr3Al3C5-SiC中Zr3Al3C5含量为0，SiC含量为10wt%,即取反应方程式Zr C+yA I+z S i = (1-y) Zr Cx+z S i C+y/ 3 Zr 3A13C5 中的 y=0、z=0.326 配料。按照实施例1 的方法进行粉体混合及烧结，与实施例1不同的是:烧结时升温速率为40°C /min，升温至1300°C开始施加60MPa的压力，在1600°C保温0.5h。所得材料致密度达到98%，经过力学性能测试，材料的硬度为18GPa，韧性:3.0MPa.m1/2，四点抗弯强度:630MPa。
[0033]实施例7
以 HfC 粉(0.5-5 μ m, 98%)、铝粉(0-5 μ m, 98%)、硅粉(0-5 μ m, 98%)为原料。设计HfCx-Hf3Al3C5-SiC中Hf3Al3C5含量为15wt%，SiC含量为0，即取反应方程式HfC+yAl+zSi=(l-y)HfCx+zSiC+y/3Hf3Al3C5 中的 y=0.129、z=0 配料，以丙酮为溶剂，以 100转/分钟的速度，用棍式混料机进行混合，所得浆料通过旋转蒸发烘干后得到混合均匀的粉料。将混合均匀的粉体放在内壁表面涂覆BN的石墨模具中，在Ar中进行反应烧结，烧结时升温速率为10°C /min，升温至1300°C开始施加30MPa的压力，在1800°C保温2h。所得材料致密度达到97%。材料的硬度为19GPa，韧性:4.0MPa.m1/2，四点抗弯强度:600MPa。
[0034]实施例8
设计HfCx-Hf3Al3C5-SiC中Hf3Al3C5含量为30wt%, SiC含量为0，即取反应方程式HfC+yAl+ZSi=(l-y)HfCx+ZSiC+y/3Hf3Al3C5 中的 y=0.263、z=0 配料，按照实施例 7 的方法进行粉体混合及烧结。所得材料致密度达到98%，经过力学性能测试，材料的硬度为18GPa，韧性:4.5MPa.m1/2，四点抗弯强度:680MPa。
[0035]实施例9
设计HfCx-Hf3Al3C5-SiC中Hf3Al3C5含量为15wt%，SiC含量为5wt%，即取反应方程式HfC+yAl+zSi= (1-y)HfCx+zSiC+y/3Hf3Al3C5 中的 y=0.136、z=0.258 配料，按照实施例 5 的方法进行粉体混合及烧结，与实施例7不同的是:烧结时升温速率为20°C /min,升温至1300°C开始施加40MPa的压力，在1600°C保温lh。所得材料致密度达到98%，经过力学性能测试，材料的硬度为20GPa，韧性:5.0MPa.m1/2，四点抗弯强度:700MPa。
[0036]实施例10
设计HfCx-Hf3Al3C5-SiC中Hf3A13C5含量为15wt%，SiC含量为5wt%，即取反应方程式HfC+yAl+zSi= (1-y) HfCx+zSiC+y/3Hf3A13C5 中的 y=0.136、z=0.258 配料，按照实施例 5 的方法进行粉体混合及烧结，与实施例7不同的是:烧结时升温速率为100°C /min，升温至1300°C开始施加10MPa的压力，在1600°C保温0.lh。所得材料致密度达到98%，经过力学性能测试，材料的硬度为20GPa，韧性:4.5MPa.m1/2，四点抗弯强度:750MPa。
[0037]对比例3
设计HfCx-Hf3Al3C5-SiC中Hf3Al3C5含量为0，SiC含量为5wt%，即取反应方程式HfC+yAl+ZSi=(l-y)HfCx+ZSiC+y/3Hf3Al3C5 中的 y=0、z=0.258 配料，按照实施例 5 的方法进行粉体混合及烧结，与实施例7不同的是:烧结时升温速率为20°C /min，升温至1300°C开始施加40MPa的压力，在1600°C保温lh。所得材料致密度达到98%，经过力学性能测试，材料的硬度为20GPa，韧性:3.0MPa.m1/2，四点抗弯强度:580MPa。
【主权项】
1.一种低温致密化高强度碳化锆陶瓷材料的制备方法，其特征在于:所述制备方法包括: (O以碳化锆粉、铝粉、硅粉为原料，按照反应方程式:ZrC+yAl+ZSi=(l-y)ZrCx+zSiC+y/3Zr3Al3C5进行配料，混合均匀得混合粉体，其中，0〈y ( 0.43,0彡z彡0.51，χ=(1-ζ-1.67y)/ (1-y)； (2)将所得混合粉体放在真空或惰性气氛中进行热压反应烧结，所述热压烧结的烧结温度为1500?1900°C，压力为20?lOOMPa。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，0.0l^y^0.43。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，z=0o
4.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述碳化锆粉的纯度为>98%，粒径为 0.5 ?5μπι。
5.一种低温致密化高强度碳化铪陶瓷材料的制备方法，其特征在于:所述方法包括: (O以碳化铪粉、铝粉、硅粉为原料，按照反应方程式:HfC+yAl+zSi=(l-y)HfCx+zSiC+y/3Hf3Al3C5进行配料，混合均匀得混合粉体，其中，0〈y ( 0.43,0彡z彡0.51，χ=(1-ζ-1.67y)/ (1-y)； (2)将所得混合粉体放在真空或惰性气氛中进行热压反应烧结，所述热压烧结的烧结温度为1500?1900°C，压力为20?10MPa0
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，0.01 ^ y ^ 0.43。
7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，z=0o
8.根据权利要求5至6中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述碳化铪粉的纯度为>98%，粒径为 0.5 ?5μπι。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述铝粉和/或硅粉的纯度为>98%，粒径为0.5?5 μ m。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的制备方法，其特征在于，在步骤(I)中，以丙酮或乙醇为溶剂，以50?200转/分钟的速度，用辊式混料机进行混合所述原料8?24小时制成浆料，所得浆料通过旋转蒸发烘干后得到所述混合粉体。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，以10?100°C /min升温至所述烧结温度,保温0.1?2小时。
12.—种权利要求1所述制备方法制备的致密化高强度碳化锆陶瓷材料，其特征在于，碳化锆基体为非化学计量的碳化锆ZrCx，其中碳缺陷X的浓度为0.51-0.99 ;按重量计，所述碳化锆陶瓷材料含有O?30wt%的Zr3Al3C5和O?10wt%SiC。
13.—种权利要求5所述制备方法制备的致密化高强度碳化铪陶瓷材料，其特征在于，碳化铪基体为非化学计量的碳化铪HfCx，其中碳缺陷X的浓度为0.51-0.99 ;按重量计，所述碳化锆陶瓷材料含有O?30wt%的Hf3Al3C5和O?10wt%SiC。
14.根据权利要求12或13所述的陶瓷材料，其特征在于，所述陶瓷材料相对密度大于97%，四点抗弯强度在600?800MPa，断裂韧性在3.5?6.5MPa.ι?1/2，硬度在16?24GPa。
【专利摘要】本发明涉及一种致密化高强度碳化锆和碳化铪陶瓷材料及其低温制备方法，所述制备方法包括：（1）以碳化锆粉/碳化铪粉、铝粉、硅粉为原料，按照反应方程式：ZrC+yAl+zSi=(1-y)ZrCx/+zSiC+y/3Zr3Al3C5（或HfC+yAl+zSi=(1-y)HfCx+zSiC+y/3Hf3Al3C5）进行配料，混合均匀得混合粉体，其中，0<y≤0.43、0≤z≤0.51，x=(1-z-1.67y)/(1-y)；以及（2）将所得混合粉体放在真空或惰性气氛中进行热压反应烧结，所述热压烧结的烧结温度为1500～1900℃，压力为20～100MPa。
【IPC分类】C04B35-65, C04B35-56
【公开号】CN104844214
【申请号】CN201410053546
【发明人】王新刚, 张国军, 刘海涛
【申请人】中国科学院上海硅酸盐研究所
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2014年2月17日