CN101544496A - 一种硼化物-氮化物复相陶瓷及其制备工艺 - Google Patents

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宋杰光
纪岗昌
李世斌
张联盟
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Jiujiang University
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Abstract

本发明涉及一种硼化物－氮化物复相陶瓷及其制备工艺，ZrB2粉体55～90wt％，Si3N4粉体5～30wt％，Al2O3粉体、Y2O3粉体、Y3Al5O12粉体、MgO粉体、CaO粉体、SiO2粉体、Lu2O3粉体、Re2O3粉体5～15wt％。其制备工艺包括混合，将得到的复合陶瓷原料装入石墨模具中，在热压炉或放电等离子烧结炉中进行烧结，取出烧成的复相陶瓷，再进行表面打磨处理，得到高致密的硼化物－氮化物复相陶瓷。从而解决了硼化物陶瓷致密体的获得困难的问题。具有易烧结且高致密的特点。

Description

一种硼化物-氮化物复相陶瓷及其制备工艺
技术领域：
本发明涉及一种硼化物-氮化物复相陶瓷及其制造方法，属于无机非金属材料科学，高温工程陶瓷领域。
背景技术：
随着高温技术的发展，要求材料具备优良的高温综合性能以适应苛刻的高温环境，如：高的高温强度、良好的抗热震性及高温抗烧蚀等性能。非氧化物-非氧化物复相陶瓷材料就是一类很有发展前途的高温工程材料，它利用材料性能的互补，使材料达到综合优化，其中硼化物-氮化物复相陶瓷就是其中的一种。
硼化物陶瓷材料在高温环境及反应气氛中能够保持良好的物理和化学稳定性，其熔点均超过3000℃。硼化物陶瓷材料凭借其优异的物理性能(高的熔点、热导率、弹性模量以及优异的化学稳定性)，已成为现代飞行器关键部位最有前途的候选材料，在航空航天领域有着广泛的应用前景。
硼化物陶瓷材料虽然具有诸多优点，但是其较低的强度和断裂韧性一直没有得到很好的解决，是限制其优异性能发挥的关键因素之一。常规方法是向硼化物基体中添加第二相组元，以起到增韧补强的效果。
氮化物中氮化硅陶瓷是一种优良的高温工程材料，它具有高硬度、高强度、化学稳定性好、耐高温、抗氧化、抗热震好、比重低等许多优良性能，被广泛应用于机械、化工、海洋工程、装甲防护以及航空航天等重要领域，被誉为陶瓷家族中的“佼佼者”。
材料的致密与否在很大程度上影响着材料的强度，所以提高材料的致密度是制备材料必须考虑的一个问题。在一种物质难以烧结成高致密陶瓷块体的情况下，通常通过添加一种或多种物质来降低其烧成温度，并且要使加入的原料在烧成的陶瓷中能够起到性能增强效果，从而达到相对低的烧成温度制备出高致密及高性能陶瓷块体的目的。
发明内容：
本发明其目的就在于提供一种硼化物-氮化物复相陶瓷及其制备工艺，克服硼化物陶瓷致密体的获得比较困难，同时能够改善硼化物陶瓷的高温性能，通过调整体系，得出易烧结且高致密的硼化物-氮化物复相陶瓷材料。
实现上述目的而采取的技术方案包括，ZrB2粉体55～90wt％，Si3N4粉体5～30wt％，Al2O3粉体、Y2O3粉体、Y3Al5O12粉体、MgO粉体、CaO粉体、SiO2粉体、Lu2O3粉体、Re2O3粉体5～15wt％。
制备工艺包括，将ZrB2粉体、Si3N4粉体和Al2O3粉体、Y2O3粉体、Y3Al5O12粉体、MgO粉体、CaO粉体、SiO2粉体、Lu2O3粉体、Re2O3粉体一种或一种以上粉体混合均匀，得到一种复合的陶瓷原料，将得到的复合陶瓷原料装入石墨模具中，在热压炉或放电等离子烧结炉中进行烧结，取出烧成的复相陶瓷，再进行表面打磨处理，得到高致密的硼化物-氮化物复相陶瓷。
与现有技术相比本发明具有以下优点。
由于采用了将ZrB2粉体、Si3N4粉体和其它一种或两种粉体混合均匀，在1400-2000℃温度范围内，在惰性气体或真空的环境中对其进行烧结，制备得到高致密的硼化物-氮化物复相陶瓷的技术，因而解决了硼化物陶瓷致密体的获得困难的问题。具有操作简单，流程少，高致密的硼化物-氮化物复相陶瓷容易获得的特点，并且该种复相陶瓷的高温性能优异。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步详述。
图1是本发明的工艺流程图；
图2是二硼化锆-氮化硅复相陶瓷的显微结构分析图。
具体实施方式
一种硼化物-氮化物复相陶瓷包括，ZrB2粉体55～90wt％，Si3N4粉体5～30wt％，Al2O3粉体、Y2O3粉体、Y3Al5O12粉体、MgO粉体、CaO粉体、SiO2粉体、Lu2O3粉体、Re2O3粉体5～15wt％。
所述的ZrB2粉体粒径小于20um。
制备工艺包括，如图1所示，将ZrB2粉体、Si3N4粉体和Al2O3粉体、Y2O3粉体、Y3Al5O12粉体、MgO粉体、CaO粉体、SiO2粉体、Lu2O3粉体、Re2O3粉体一种或一种以上粉体混合均匀，得到一种复合的陶瓷原料，将得到的复合陶瓷原料装入石墨模具中，在热压炉或放电等离子烧结炉中进行烧结，取出烧成的复相陶瓷，再进行表面打磨处理，得到高致密的硼化物-氮化物复相陶瓷。
所述的烧结温度范围在1400-2000℃之间，烧结环境是惰性气体或真空。
实施例1：
将8克ZrB2粉体、1.5克Si3N4粉体和0.5克Y2O3粉体混合均匀，放入石墨模具中，稍稍加压使其成型，连同模具一起放入放电等离子烧结炉中，在真空环境中20MPa压力下，1700℃烧结10分钟，随炉冷却至室温，将陶瓷块体从模具中取出，将其表面层打磨去除，即可得到相对致密度为96％以上的二硼化锆-氮化硅复相陶瓷，其显微结构如图2所示。
实施例2：
将7克ZrB2粉体、2克Si3N4粉体和1克Y3Al5O12粉体混合均匀，放入石墨模具中，稍稍加压使其成型，连同模具一起放入放电等离子烧结炉中，在真空环境中20MPa压力下，1700℃烧结6分钟，随炉冷却至室温，将陶瓷块体从模具中取出，将其表面层打磨去除，即可得到相对致密度为98％以上的二硼化锆-氮化硅复相陶瓷。
实施例3：
将7克ZrB2粉体、2克Si3N4粉体和1克Y3Al5O12粉体混合均匀，放入石墨模具中，连同模具一起放入热压烧结炉中，在真空环境中25MPa压力下，1850℃烧结60分钟，随炉冷却至室温，将陶瓷块体从模具中取出，将其表面层打磨去除，即可得到相对致密度为97％以上的二硼化锆-氮化硅复相陶瓷。
还可选取其它的烧结温度、压力和时间以及各种粉体所占比例都能够在热压或放电等离子烧结炉中制备高致密硼化物-氮化物复相陶瓷。

Claims (4)

1、一种硼化物-氮化物复相陶瓷，其特征在于，ZrB2粉体55～90wt％，Si3N4粉体5～30wt％，Al2O3粉体、Y2O3粉体、Y3Al5O12粉体、MgO粉体、CaO粉体、SiO2粉体、Lu2O3粉体、Re2O3粉体5～15wt％。
2、根据权利要求1所述的一种硼化物-氮化物复相陶瓷，其特征在于，所述的ZrB2粉体粒径小于20um。
3、根据权利要求1所述的一种硼化物-氮化物复相陶瓷的制备工艺，其特征在于，将ZrB2粉体、Si3N4粉体和Al2O3粉体、Y2O3粉体、Y3Al5O12粉体、MgO粉体、CaO粉体、SiO2粉体、Lu2O3粉体、Re2O3粉体一种或一种以上粉体混合均匀，得到一种复合的陶瓷原料，将得到的复合陶瓷原料装入石墨模具中，在热压炉或放电等离子烧结炉中进行烧结，取出烧成的复相陶瓷，再进行表面打磨处理，得到高致密的硼化物-氮化物复相陶瓷。
4、根据权利要求3所述的一种硼化物-氮化物复相陶瓷的制备工艺，其特征在于，所述的烧结温度范围在1400-2000℃之间，烧结环境是惰性气体或真空。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102357260A (zh) * 2011-07-22 2012-02-22 四川大学 一种新型钙镁硅复相生物活性陶瓷的设计制备方法及用途
CN103964855A (zh) * 2014-04-02 2014-08-06 芜湖浙鑫新能源有限公司 一种包覆型硼化锆基型芯及其制备方法
CN105036752A (zh) * 2015-06-30 2015-11-11 哈尔滨工业大学 一种制备均匀致密陶瓷素坯的方法

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PB01 Publication
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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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