CN101671193A - 一种碳纤维/碳化硼复合陶瓷及其制备方法 - Google Patents

一种碳纤维/碳化硼复合陶瓷及其制备方法 Download PDF

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吴师岗
石汝军
张士超
韩娜
赵德华
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Abstract

本发明涉及一种碳纤维/碳化硼复合陶瓷及其制备方法，其中碳化硼的质量占45％－60％，碳纤维占40％－55％。本发明利用碳纤维的增韧性能，在单一碳化硼材料的基础上提高了硬度和断裂韧性10％－50％，使碳化硼陶瓷的应用领域更为广泛。

Description

一种碳纤维/碳化硼复合陶瓷及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种碳纤维/碳化硼复合陶瓷及其制备方法。
技术背景
碳化硼具有超常的硬度，特别是恒定的高温硬度优点是金刚石都无法比拟的。再加上它具有很好的抗酸碱腐蚀能力和较高的中子吸收能力及低密度的特点，是摩擦制品、核工业中子防护材料、防弹材料等材料重点开发的内容。
但是，目前制造碳化硼陶瓷材料的方法制造的碳化硼脆性大、难以加工，以上问题是限制碳化硼陶瓷材料广泛应用的原因。
发明内容
针对高致密高硬度的碳化硼材料脆性大，难以加工的问题，本发明的目的是利用碳纤维的高强韧性，解决该问题，同时纳米氧化铝提高烧结致密性。
本发明的技术方案为提供一种碳纤维/碳化硼复合陶瓷材料，其中碳化硼的质量占45％-60％，碳纤维占40％-55％，纳米氧化铝占0％-5％。
这种陶瓷材料的制备方法包括配料、成型和热压烧结三个工艺步骤：首先将碳化硼粉末、碳纤维、纳米氧化铝按一定比例混匀，成型后装入石墨模具中，表面覆盖少量石墨粉，而后将石墨模具放进热压烧结炉内，抽真空至0.1Pa以下，再以5-30℃/min的速度升温至1800-2050℃，保温10-90分钟，缓慢加压至5-30Mpa，继续保温10-90分钟。
本发明与现行的碳化硼材料制造方法相比有如下两方面的优点：
(1)在单一碳化硼材料的基础上提高了硬度15％，提高断裂韧性10％-50％，使碳化硼陶瓷的应用领域更为广泛。
(2)加入碳纤维后导电性能明显提高，同时有利于加工成各种形状。
此方法操作简单，易于在碳化硼陶瓷材料制造领域推广应用。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
例1：配料：采用48％的碳纤维、48％的碳化硼以及4％的纳米氧化铝加水混匀；
成型：采用注浆成型；
热压烧结：把成型好的制品干燥后，放入石墨模具中，表面放少量石墨，防止表层氧化，然后放进热压烧结炉内，抽真空至0.1Pa以下，再以5℃/min的速度升温至1800℃，保温10分钟，缓慢加压至5Mpa，继续保温10分钟。经检测，其密度比为2.63g/cm3，硬度(HV)为39.19Gpa，断裂韧性5.04Mpa m1/2；抗弯强度354.15Mpa。此结果比单一碳化硼材料的硬度提高了30％，断裂韧性提高了37％，烧结温度降低了200℃。
例2：配料：采用35％的碳纤维、60％的碳化硼以及5％的纳米氧化铝混合均匀；
成型：采用压制成型；
热压烧结：把成型好的制品干燥后，放入石墨模具中，表面放少量石墨，防止表层氧化，然后放进热压烧结炉内，抽真空至0.1Pa以下，再以30℃/min的速度升温至2050℃，保温90分钟，缓慢加压至30Mpa，继续保温90分钟。经检测，其密度比为2.64g/cm3，硬度(HV)为41.47Gpa，断裂韧性4.64Mpa m1/2；抗弯强度354.15Mpa。此结果比单一碳化硼材料的硬度提高了38％，断裂韧性提高了26％，烧结温度降低了150℃。
例3：配料：采用55％的碳纤维、43％的碳化硼以及2％的纳米氧化铝混合均匀；
成型：采用压制成型；
热压烧结：把成型好的制品干燥后，放入石墨模具中，表面放少量石墨，防止表层氧化，然后放进热压烧结炉内，抽真空至0.1Pa以下，再以20℃/min的速度升温至2000℃，保温60分钟，缓慢加压至20Mpa，继续保温60分钟。经检测，其密度比为2.59g/cm3，硬度(HV)为35.40Gpa，断裂韧性5.95Mpa m1/2；抗弯强度346.70Mpa。此结果比单一碳化硼材料的硬度提高了18％，断裂韧性提高了62％。

Claims (2)

1.一种碳纤维/碳化硼复合陶瓷材料，其特征在于，碳化硼的质量占45％-60％，碳纤维占40％-55％，纳米氧化铝占0％-5％。
2.一种制备权利要求1所述复合陶瓷材料的方法，其特征在于，所述陶瓷材料的制备方法包括配料、成型和热压烧结三个工艺步骤：首先将碳化硼粉末、碳纤维、纳米氧化铝按一定比例混匀，成型后装入石墨模具中，表面覆盖少量石墨粉，而后将石墨模具放进热压烧结炉内，抽真空至0.1Pa以下，再以5-30℃/min的速度升温至1800-2050℃，保温10-90分钟，缓慢加压至5-30Mpa，继续保温10-90分钟。
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