29] (4)、本发明通过大量试验对YB4超高温多孔陶瓷制备过程的工艺条件进行了优 化，尤其是原料的成分、混料、干燥、干压成型、气氛条件、真空度、硼热还原反应合成和真空 高温烧结的工艺条件，进一步提高了YB4超高温多孔陶瓷的强度和气孔率。
[0030] (5)、本发明提供的￥84超高温多孔陶瓷的制备方法工艺简单、易于实现，具有较强 的实用性。
【附图说明】
[0031] 图1为本发明实施例1制备得到的YB4超高温多孔陶瓷骨架的相成分与温度的 X-射线衍射图谱；
[0032] 图2为本发明实施例2制备得到的YB4超高温多孔陶瓷的气孔率分布与生坯密度 的关系图；
[0033] 图3为本发明实施例3制备得到的YB4超高温多孔陶瓷的显微结构照片；
[0034] 图4为本发明实施例4制备得到的四种不同气孔率（气孔率分别为61%，65%， 68%，和70% )的YB4超高温多孔陶瓷的压缩应力-应变曲线；
[0035] 图5为本发明实施例5在Ar气氛和真空条件下制备得到的￥84超高温多孔陶瓷 的宏观形貌照片；
[0036] 图6为本发明实施例6制备YB4超高温多孔陶瓷的径向收缩和气孔率与B4C和Y2O3 原料粉末的压制的坯体密度的关系图。
【具体实施方式】
[0037] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
[0038] 本发明的目的是提供一种低密度、高强度、高气孔率YB4超高温多孔陶瓷及其制备 方法，即利用真空条件下低温硼热还原反应和高温部分烧结制备￥8 4超高温多孔陶瓷的方。 该方法的原理可以描述如下。
[0039] 1、以Y2O3和B4C为原料采用高温硼热反应制备YB4的反应式为：
[0040] 7Y203+15B4C= 14YB4+15C0+2B203 (I)
[0041] 该反应的自由能AG与温度T的关系可以表示为：
[0042]AG=AH-TAS+RTIn(PB203/P0)2/7+RTIn(Pco/P0)15/7 (2)
[0043] 式中AG、AH和AS分别是吉布斯自由能变化、焓变和熵变，PB2()3、Pro是反应产生 的CO和B2O3气体的分压。从式⑵可以看出，当CO和B203气体的分压降低时，反应温度T 降低。因此在真空条件下可以在较低的温度合成出YB4超高温陶瓷。
[0044] 2、以Y2O3和B4C为原料采用硼热反应制备YB^过程中，由于Y203和B4C原料的理 论密度低（3. 65g?cm_3)，产物YB4的理论密度高（4. 36g?cm_3)，因此在高温硼热反应制备 YB4的过程中会产生体积收缩、使气孔率降低。各相的密度及体积可以由公式（3)和（4)计 算：
【主权项】
1. 一种高强度高气孔率YB 4超高温多孔陶瓷，其特征在于：所述多孔陶瓷的气孔率 彡60 %，由Y2O3和B 4C粉末制备得到，所述B4C和Y2O3粉末的摩尔比为B 4C :Y2O3 = 2. 0:1~ 2. 5 ：1〇
2. 根据权利要求1所述的一种高强度高气孔率YB4超高温多孔陶瓷，其特征在于：所述 多孔陶瓷的气孔率为60%~70%。
3. -种高强度高气孔率YB 4超高温多孔陶瓷的制备方法，其特征在于：包括如下步骤： (1) 、将Y2O3和B 4C粉末通过湿法混合工艺进行混合； (2) 、混合粉末干燥后采用干压成型工艺制备得到陶瓷坯体； (3) 、采用低温真空硼热反应制备￥84超高温多孔陶瓷骨架； (4) 、采用无压烧结工艺完成高温烧结，制备得到￥84超高温多孔陶瓷，所述多孔陶瓷的 气孔率彡60%。
4. 根据权利要求3所述的一种高强度高气孔率YB 4超高温多孔陶瓷的制备方法，其特 征在于：具体包括如下步骤： (1) 、以Y2O3和B 4C粉末为原料，以醇类溶剂为介质，按照B4C :Y203= 2. 0:1~2. 5:1的 摩尔比在球磨机中进行混合； (2) 、将混合均匀的Y2O3和B 4C粉末进行干燥处理，并将干燥后的Y2O3和B 4C粉末压制为 片状的生坯，所述生坯的密度为I. 1-1. 9g/cm3; (3) 、将所述生坯放入高温真空炉中，在真空条件下进行低温真空硼热反应，反应温度 为1550~1650°C，反应时间为1~2小时； (4) 、之后在高温真空炉中继续进行无压烧结，烧结温度为1700~1900°C，烧结时间为 0. 5~2小时，烧结气氛为真空。
5. 根据权利要求4所述的一种高强度高气孔率YB 4超高温多孔陶瓷的制备方法，其特 征在于：所述步骤（1)中的混合条件为：转速为90~350/转，混料时间为18~24小时。
6. 根据权利要求4所述的一种高强度高气孔率YB 4超高温多孔陶瓷的制备方法，其特 征在于：所述步骤（1)中的醇类溶剂为无水乙醇。
7. 根据权利要求4所述的一种高强度高气孔率YB 4超高温多孔陶瓷的制备方法，其特 征在于：所述步骤（2)中干燥处理的工艺条件为：干燥温度为20~40°C，干燥时间为10~ 20小时；所述步骤⑵中压制为片状的压力为1~lOMPa。
8. 根据权利要求4所述的一种高强度高气孔率YB 4超高温多孔陶瓷的制备方法，其特 征在于：所述步骤（3)、（4)中的真空度均为8~15Pa。
9. 根据权利要求4所述的一种高强度高气孔率YB 4超高温多孔陶瓷的制备方法，其特 征在于：所述步骤（3)中的升温速率为5~20°C /min，所述步骤（4)中的升温速率为2~ 15°C /min〇
10. 根据权利要求3或4所述的一种高强度高气孔率YB 4超高温多孔陶瓷的制备方法， 其特征在于：制备得到的YB4超高温多孔陶瓷的气孔率为60%~70%。
11. 根据权利要求3或4所述的一种高强度高气孔率YB 4超高温多孔陶瓷的制备方法， 其特征在于：制备得到的￥84超高温多孔陶瓷的压缩强度为7~20MPa。
【专利摘要】本发明涉及一种高强度高气孔率YB4超高温多孔陶瓷及其制备方法，该方法采用Y2O3和B4C粉末通过湿法混合、干燥处理、干压成型、真空条件下硼热还原反应和真空高温部分烧结直接获得高强度、高气孔率的YB4超高温多孔陶瓷，该制备方法工艺简单、实用性强，在工艺过程中不需要加入表面分散剂、发泡剂、高温助烧结剂，具有如下优点：(1)纯度高，YB4的相含量100wt％，无杂质相；(2)气孔率高，气孔率的范围为60-70％；(3)压缩强度高，强度范围为7-20MPa；(4)硼热反应温度低，比传统方法温度低150℃以上；(5)不需要加入发泡剂、表面分散剂等有机物。
【IPC分类】C04B38-00, C04B35-58
【公开号】CN104876623
【申请号】CN201510260207
【发明人】周延春, 郭强强, 孙新, 向会敏, 冯志海
【申请人】航天材料及工艺研究所, 中国运载火箭技术研究院
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月20日