CN106007728A - 一种抗热震超高温陶瓷及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种抗热震YbB6超高温陶瓷及其制备方法，属于超高温陶瓷领域。抗热冲击YbB6超高温陶瓷具有高纯度、高致密度、高强度、低弹性模量、低剪切模量、抗热震性好的特点，利用高温反应合成制备YbB6超高温陶瓷粉末，然后经过球磨、高温热压烧结制备致密YbB6超高温陶瓷体材料的方法。该方法首先以Yb2O3和B4C(或Yb2O3和B)粉末为原料，按不同比例混合，经过1500‑1750℃高温反应获得纯度高YbB6超高温陶瓷粉末。然后经过对YbB6超高温陶瓷粉末的机械球磨料、干压成型、高温1850‑2000℃热压烧结可以得到高纯度、高致密度、高强度、低弹性模量、低剪切模量、抗热震性好的致密YbB6超高温陶瓷。本发明提供的YbB6超高温块体陶瓷工艺简单、不需要加入成型助剂和第二相烧结助剂。

Description

一种抗热震超高温陶瓷及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种抗热震YbB6超高温陶瓷及其制备方法，属于超高温陶瓷领域。
背景技术
硼化物超高温陶瓷是高超声速临近空间飞行器的鼻锥、尖锐前缘，超燃冲压发动机的前缘支板等部位的关键结构件侯选材料，也是抗氧化C/C、改性C/SiC等超高温防热材料的关键基体组元和表面抗氧化、抗烧蚀涂层的原料。现有的超高温材料难以满足极端环境下长时、热、力和腐蚀耦合环境的要求，使得超高温材料成为制约高超声速飞行器及其推进系统---超燃冲压发动机发展的技术瓶颈之一，因此，需要设计、预测和改善现有超高温材料的性能。
现有的富硼过渡金属化合物ZrB2和HfB2的热化学稳定性好、硬度和弹性模量高，被国内外广泛研究。文献1(J.Am.Ceram.Soc.96(1)47-50(2013))报道的ZrB2弹性模量太高(＞500GPa)，使得它们单独作为结构部件使用时抗热冲击性不理想，作为超高温复合材料的基体与碳纤维和其他组元的匹配性也较差。文献2(J.Mater.Sci.Tech.31:285-294(2015))报道前过渡金属富硼化合物YB2、ScB2和YB4具有较低的密度、弹性模量(～350GPa)和高电导率,可以克服ZrB2和HfB2在热导率、抗热冲击性等方面的部分不足，但是它们的稳定性不理想，需要掺杂以增加过渡金属的价电子数，填充到成键轨道提高其稳定性。
文献3[Solid State Sci.21:32-36(2013)]利用Yb和B的元素粉末通过高温固相反应制备了YbB6粉末，但这种方法的成本高，不适合在航天、航空领域的应用。文献4[J.Appl.Phys.101:09D512(2007)]利用YbCl3和MgB2反应制备了YbB6单晶并测量了其磁性能，该方法不适合制备大量多晶YbB6超高温陶瓷。文献5[J Am Ceram Soc 98:2234–2239(2015]报道了用Yb2O3和B4C粉末原位反应和部分烧结制备YbB6多孔陶瓷的方法。但是到目前为止还没有YbB6超高温陶瓷体材料性能及其制备方法的报道。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种抗热震超高温陶瓷YbB6及其制备方法。
本发明的技术解决方案是：
一种抗热震超高温陶瓷YbB6，该抗热震超高温陶瓷熔点大于2500℃，理论密度为5.5g/cm3，弹性模量为198GPa，剪切模量为80GPa，它的氧化产物Yb2O3的熔点为2372℃，气孔率小于1％。
一种抗热震超高温陶瓷YbB6的制备方法，步骤为：
(1)将Yb2O3粉末和B4C粉末(或Yb2O3粉末和B粉末)按照Yb：B＝1：6.1-6.8的摩尔比进行混合，然后加入到无水乙醇中使用混料机进行混合，得到料浆，混料机转速为100-300/转，混料时间为10-30小时；原料配比中过剩的B主要是弥补高温反应过程中产生B2O3气体造成的B损失；Yb2O3粉末、B4C粉末、B粉末的粒度为-300目；
(2)将步骤(1)得到的料浆进行干燥处理，干燥完成后得到混合粉末；所述干燥条件为：干燥环境为真空或通风干燥，干燥温度为25-45℃，干燥时间为24-48小时；
(3)将步骤(2)得到的混合粉末进行高温反应合成YbB6超高温陶瓷粉末，所述高温反应条件为：温度为1500-1750℃，反应时间为2-4小时，高温炉的气氛为保护气氛Ar气；
(4)对步骤(3)得到的YbB6超高温陶瓷粉末进行球磨处理，所述球磨条件为：球磨介质为无水乙醇，磨球为WC球，转速为300-400转/分，球磨时间为6-10小时；
(5)将步骤(4)球磨处理后的YbB6超高温陶瓷粉末进行干燥处理，所述干燥条件为：干燥环境为真空或通风，干燥温度为25-35℃，干燥时间为24-48小时；
(6)将步骤(5)球磨干燥后的YbB6超高温陶瓷粉末置于石墨模具中循环加压干压成型，得到均匀的YbB6超高温陶瓷粉末坯体，所述干压成型的条件为：干压模具为石墨模具，干压成型压力为10-15MPa，保压时间为1-5分钟，循环加压次数为3-8次；
(7)将步骤(6)干压成型的YbB6超高温陶瓷粉末坯体及石墨模具一同置于高温热压烧结炉中热压烧结制备致密的YbB6超高温陶瓷块体材料，所述热压条件为：热压烧结温度1850-2000℃，保温时间0.5-2小时，气氛为Ar气保护气氛。
反应过程中，由Yb2O3和B4C(或由Yb2O3和B)经高温反应合成YbB6粉末，合成反应式如下：
Yb2O3+3B4C＝2YbB6+3CO (1)
Yb2O3+14B＝2YbB6+B2O3 (2)
将反应(1)或反应(2)合成的YbB6粉末球磨，获得颗粒尺寸下于1μm的YbB6粉末，将YbB6粉末置于石墨模具中，经高温热压烧结获得致密的体材料。
有益效果
(1)本发明的方法从Yb2O3和B4C(或Yb2O3和B)原料出发经过高温反应可以获得纯度高YbB6超高温陶瓷粉末，原材料的成本低、工艺简单、容易实现；
(2)本发明的方法经过机械球磨提高了YbB6超高温陶瓷粉末活性，使得热压烧结过程中无需加入第二相烧结助剂；
(3)本发明的方法高温热压的过程简单，热压温度和压力较低，节省能源；
(4)本发明的方法热压烧结获得的YbB6超高温陶瓷纯度高，致密度高，强度高，抗热震性好；
(5)该方法适合制备大尺寸的样品，增加原材料的量和增大热压模具的尺寸即可制备大尺寸的YbB6致密超高温陶瓷；
(6)用该方法制备的YbB6超高温陶瓷的性能优异，其剪切模量低，弹性模量低，弯曲和压缩强度高，抗热冲击性能好。
(7)本发明的方法利用高温反应合成制备YbB6超高温陶瓷粉末，然后经过球磨、高温热压烧结制备致密YbB6超高温陶瓷体材料的方法。利用该方法从Yb2O3和B4C(或Yb2O3和B)原料出发经过高温反应可以获得纯度高YbB6超高温陶瓷粉末，经过对YbB6超高温陶瓷粉末的机械球磨料、干压成型、高温热压烧结可以得到高纯度、高致密度、高强度、低弹性模量、低剪切模量、抗热震性好的致密YbB6超高温陶瓷。该方法工艺简单、不需要加入成型助剂和第二相烧结助剂，所制备的YbB6超高温陶瓷的高纯度、高致密度、高强度、低弹性模量、低剪切模量、抗热震性好。
(8)本发明首次以Yb2O3和B4C(或Yb2O3和B粉末)为原料，经过称重、湿法混合、干燥处理、高温反应、湿法球磨、干燥处理、循环干压成型和高温热压烧结获得YbB6超高温陶瓷，经分析表明YbB6超高温陶瓷具有高纯度、高致密度、高强度、低弹性模量、低剪切模量、抗热震性好的特点。对比可见，YbB6超高温陶瓷的弹性模量为198GPa，远远低于ZrB2基超高温陶瓷的500GPa，YbB6超高温陶瓷的抗热冲击因子ΔTmax为310℃，明显高于ZrB2基超高温陶瓷的145℃。
(9)本发明的方法制备YbB6超高温块体陶瓷的工艺过程简单，从Yb2O3和B4C(或Yb2O3和B粉末)原料经高温反应、球磨、热压烧结等工艺可以得到YbB6超高温块体陶瓷，原料中和球磨过程中不需要加入烧结助剂。
(10)本发明的方法制备得到的高纯度、高致密度的YbB6超高温块体陶瓷的晶粒尺寸、显微结构和强度的可调节性好，可以通过调节晶粒尺寸、显微结构调节块体材料的强度，使得制备过程更加灵活可控。
(11)本发明通过大量试验对YbB6超高温块体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、反应合成、球磨、干压成型和高温热压烧结的工艺条件，进一步提高了YbB6超高温块体陶瓷的综合性能。
(12)本发明提供的YbB6超高温块体孔陶瓷的制备方法工艺简单、易于实现，具有较强的实用性。
(13)本发明的方法制备的YbB6超高温陶瓷具有高熔点(熔点大于2500℃)、低密度(理论密度5.5g/cm3)、低弹性模量(198GPa)、低剪切模量(80GPa)、良好的化学稳定性等优点，它的氧化产物Yb2O3的熔点也高达2372℃，因此YbB6超高温陶瓷是高超声速飞行器、超燃冲压发动机热防护的重要候选材料。但是目前还没有YbB6超高温陶瓷特别是YbB6超高温陶瓷致密体材料的性能及其制备方法。
(14)本发明涉及超高温陶瓷材料领域，具体地说是一种新型抗热冲击YbB6超高温陶瓷及其制备的方法，所述一种新型抗热冲击YbB6超高温陶瓷具有高纯度、高致密度、高强度、低弹性模量、低剪切模量、抗热震性好的特点，所述制备方法是一种利用高温反应合成制备YbB6超高温陶瓷粉末，然后经过球磨、高温热压烧结制备致密YbB6超高温陶瓷体材料的方法。该方法首先以Yb2O3和B4C(或Yb2O3和B)粉末为原料，按不同比例混合，经过1500-1750℃高温反应获得纯度高YbB6超高温陶瓷粉末。然后经过对YbB6超高温陶瓷粉末的机械球磨料、干压成型、高温1850-2000℃热压烧结可以得到高纯度、高致密度、高强度、低弹性模量、低剪切模量、抗热震性好的致密YbB6超高温陶瓷。本发明提供的YbB6超高温块体陶瓷工艺简单、不需要加入成型助剂和第二相烧结助剂。
附图说明
图1为实施例1以Yb2O3和B4C粉末为原料经高温反应制备得到的YbB6超高温粉末的拉曼图谱，由图的三个峰值及位置可知，所制备的产物为YbB6；
图2为实施例1制备得到的YbB6超高温块体陶瓷的X-射线衍射谱、YbB6理论计算的X-射线衍射谱以及两者的差值比较图，图2中最上方的曲线为实施例1制备的YbB6超高温块体陶瓷的X-射线衍射谱曲线，中间的曲线为理论计算的X-射线衍射曲线，最下方的曲线为实验得到的X-射线衍射谱与理论计算的X-射线衍射谱的比较值，由图可知，两者吻合的很好；
图3为本发明制备得到的YbB6超高温块体陶瓷的显微结构照片，从图中可以看出所制备得到的YbB6超高温块体陶瓷的密度高，残余气孔率低。
图4为本发明制备得到的YbB6超高温块体陶瓷的显微结构照片，从图中可以看出所制备得到的YbB6超高温块体陶瓷的显微结构具有双重结构，即等轴的YbB6晶粒与片状晶粒共存。
图5为本发明制备得到的YbB6超高温块体陶瓷的断口形貌照片，从图中可以看出YbB6晶粒的解理和分层。
具体实施方式
YbB6超高温陶瓷的纯度高、致密度高、强度高、弹性模量低、抗热震性好；
采用一种利用高温反应和高温热压烧结制备YbB6超高温块体材料的方法；
包括如下步骤：
(1)原料成分为Yb2O3和B4C粉末或Yb2O3和B粉末；
(2)原料混合为湿法混合工艺；
(3)YbB6超高温陶瓷粉末合成为高温氩气保护下反应合成工艺；
(4)YbB6超高温陶瓷粉末的球磨为湿法球磨工艺；
(5)YbB6超高温陶瓷粉末坯体的成型工艺为循环加载干压成型工艺；
(6)YbB6超高温陶瓷的高温烧结为热压烧结工艺。
所用原料成分为Yb2O3和B4C粉末或Yb2O3和B粉末，成分范围为Yb：B＝1：6.1-1：6.8摩尔比。
所述步骤(2)中湿法混合工艺为：
以Yb2O3和B4C粉末(或Yb2O3和B粉末)为原料，按照Yb：B＝1：6.1-1：6.8的摩尔比混合，所述混合条件为：无水乙醇介质，转速为100-300/转，混料时间为10-30小时。
然后，将混合均匀的原料进行干燥处理，干燥环境为真空或通风干燥，干燥温度为25-45℃，干燥时间为24-48小时。
所述步骤(3)的YbB6超高温陶瓷粉末合成为高温氩气保护下反应合成工艺，所述高温反应条件为：高温反应1500-1750℃，高温反应时间为2-4小时，高温炉的气氛为保护气氛Ar气。
所述步骤(4)的YbB6超高温陶瓷粉末球磨为湿法球磨工艺为：
首先，以无水乙醇为球磨介质，磨球为WC球，所述球磨条件为：转速为300-400转/分，球磨时间为6-10小时。
然后，将球磨后的YbB6超高温陶瓷粉末干燥处理，所述干燥条件为：干燥环境为真空或通风，干燥温度为25-35℃，干燥时间为24-48小时。
所述步骤(5)的YbB6超高温陶瓷粉末坯体的成型工艺为循环加载干压成型工艺，所述干压成型的条件为：干压模具为石墨模具，干压成型压力为10-15MPa，保压时间为1-5分钟，循环加压次数为3-8次。
所述步骤(6)的YbB6超高温陶瓷的高温烧结为热压烧结工艺，所述热压条件为：热压烧结温度1850-2000℃，保温时间0.5-2小时，气氛为Ar气保护气氛。
工艺简单、不需要加入成型助剂和第二相烧结助剂，所制备的YbB6超高温陶瓷的高纯度、高致密度、高强度、低弹性模量、低剪切模量、抗热震性好。其中弹性模量低于198GPa，抗热冲击因子ΔTmax为310℃，明显高于ZrB2基超高温陶瓷的145℃。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明：
实施例1
将Yb2O3和B原料粉末按Yb：B＝1：6.2摩尔比称重，加入无水乙醇，用滚筒式混料机混合12小时，转速为120转/分，将混合均匀的原料在25℃温度下真空干燥48小时得到Yb2O3和B混合粉末；将Yb2O3和B混合粉末放入高温碳管炉中以10℃/分的加热速率加热到1680℃反应1小时，得到YbB6超高温陶瓷粉末，其拉曼图谱如图1所示。将YbB6超高温陶瓷粉末在无水乙醇介质中，用WC磨球以300转/分的转速球磨10小时，在30℃真空条件下干燥24小时，将干燥后的YbB6超高温陶瓷粉末放入直径50毫米的石墨模具中，循环加载10MPa压力干压5次，每次保压时间为2分钟得到YbB6超高温陶瓷粉末坯体；将石墨模具及YbB6超高温陶瓷粉末坯体一同置入高温热压烧结炉中，以10℃/分的加热速率加热到1500℃，然后以5℃/分的加热速率继续升温至1980℃，加压30MPa保温1小时，制备得到的YbB6超高温陶瓷块体材料的相对密度为99.2％，其X-射线衍射如图2所示；按照GB/T10700-2006测试其力学性能，得到材料的剪切模量81GPa，弹性模量199GPa。按照GB/T8489-2006测试其力学性能，压缩强度为1200MPa，按照GB/T23806-2009测试其力学性能，断裂韧性为3.5MPa·m1/2。抗热冲击因子ΔTmax为350℃，明显高于ZrB2基超高温陶瓷的145℃。
实施例2
将Yb2O3和B4C原料粉末按Yb：B＝1：6.3摩尔比称重，加入无水乙醇，用滚筒式混料机混合15小时，转速为100转/分，将混合均匀的原料在28℃温度下真空干燥30小时得到Yb2O3和B4C混合粉末；将Yb2O3和B4C混合粉末放入高温碳管炉中以8℃/分的加热速率加热到1600℃反应2小时，得到YbB6超高温陶瓷粉末。将YbB6超高温陶瓷粉末在无水乙醇介质中用以350转/分的转速WC磨球球磨8小时，在28℃真空条件下干燥30小时，将干燥后的YbB6超高温陶瓷粉末放入直径50毫米的石墨模具中，循环加载10MPa压力干压8次，每次保压时间为1分钟得到YbB6超高温陶瓷粉末坯体；将石墨模具及YbB6超高温陶瓷粉末坯体一同置入高温热压烧结炉中，以12℃/分的加热速率加热到1400℃，然后以5℃/分的加热速率继续升温至1900℃，加压35MPa保温1.5小时，制备得到的YbB6超高温陶瓷块体材料的相对密度为99.5％，其显微结构如图3所示，按照GB/T10700-2006测试其力学性能，得到材料的剪切模量81GPa，弹性模量199GPa。按照GB/T8489-2006测试其力学性能，压缩强度为1100MPa，按照GB/T23806-2009测试其力学性能，断裂韧性为3.3MPa·m1/2。抗热冲击因子ΔTmax为330℃，明显高于ZrB2基超高温陶瓷的145℃。
实施例3
将Yb2O3和B4C原料粉末按Yb：B＝1：6.5摩尔比称重，加入无水乙醇，用滚筒式混料机混合24小时，转速为100转/分，将混合均匀的原料在30℃温度下真空干燥36小时得到Yb2O3和B4C混合粉末；将Yb2O3和B4C混合粉末放入高温碳管炉中以15℃/分的加热速率加热到1500℃反应4小时，得到YbB6超高温陶瓷粉末。将YbB6超高温陶瓷粉末在无水乙醇介质中，用WC磨球，以400转/分的转速球磨6小时，在25℃真空条件下干燥48小时，将干燥后的YbB6超高温陶瓷粉末放入直径50毫米的石墨模具中，循环加载15MPa压力干压3次，每次保压时间为3分钟得到YbB6超高温陶瓷粉末坯体；将石墨模具及YbB6超高温陶瓷粉末坯体一同置入高温热压烧结炉中，以15℃/分的加热速率加热到1400℃，然后以5℃/分的加热速率继续升温至2000℃，加压30MPa保温0.5小时，其显微结构如图4所示，材料的硬度为11.4GPa，按照GB/T8489-2006测试其力学性能，压缩强度为1300MPa，按照GB/T23806-2009测试其力学性能，断裂韧性为3.6MPa·m1/2。制备得到的YbB6超高温陶瓷块体材料的相对密度为99.6％，按照GB/T10700-2006测试其力学性能，得到材料的剪切模量81GPa，弹性模量199GPa。抗热冲击因子ΔTmax为350℃，明显高于ZrB2基超高温陶瓷的145℃。
实施例4
将Yb2O3和B原料粉末按Yb：B＝1：6.8摩尔比称重，加入无水乙醇，用滚筒式混料机混合14小时，转速为300转/分，将混合均匀的原料在35℃温度下真空干燥24小时得到Yb2O3和B4C混合粉末；将Yb2O3和B4C混合粉末放入高温碳管炉中以12℃/分的加热速率加热到1550℃反应3小时，得到YbB6超高温陶瓷粉末。将YbB6超高温陶瓷粉末在无水乙醇介质中，用WC磨球，以380转/分的转速球磨7小时，在35℃真空条件下干燥24小时，将干燥后的YbB6超高温陶瓷粉末放入直径50毫米的石墨模具中，循环加载12MPa压力干压4次，每次保压时间为2分钟得到YbB6超高温陶瓷粉末坯体；将石墨模具及YbB6超高温陶瓷粉末坯体一同置入高温热压烧结炉中，以15℃/分的加热速率加热到1400℃，然后以5℃/分的加热速率继续升温至1950℃，加压35MPa保温1.5小时，其断口形貌如图5所示，抗热冲击因子ΔTmax为340℃，明显高于ZrB2基超高温陶瓷的145℃。制备得到的YbB6超高温陶瓷块体材料的相对密度为99.4％，按照GB/T10700-2006测试其力学性能，得到材料的剪切模量81GPa，弹性模量199GPa。按照GB/T8489-2006测试其力学性能，压缩强度为1100MPa，按照GB/T23806-2009测试其力学性能，断裂韧性为3.4MPa·m1/2。

Claims (10)

1.一种抗热震超高温陶瓷，其特征在于：该抗热震超高温陶瓷的分子式为YbB6，该抗热震超高温陶瓷熔点大于2500℃，气孔率小于1％。
2.根据权利要求1所述的一种抗热震超高温陶瓷，其特征在于：该抗热震超高温陶瓷的理论密度为5.5g/cm3，弹性模量为198GPa，剪切模量为80GPa，它的氧化产物Yb2O3的熔点为2372℃。
3.一种权利要求1或2所述的抗热震超高温陶瓷的制备方法，其特征在于步骤为：
(1)将Yb2O3粉末和B4C粉末按照Yb：B＝1：6.1-6.8的摩尔比进行混合，然后加入到无水乙醇中使用混料机进行混合，得到料浆；
(2)将步骤(1)得到的料浆进行干燥处理，干燥完成后得到混合粉末；
(3)将步骤(2)得到的混合粉末进行高温反应合成YbB6超高温陶瓷粉末；
(4)对步骤(3)得到的YbB6超高温陶瓷粉末进行球磨处理；
(5)将步骤(4)球磨处理后的YbB6超高温陶瓷粉末进行干燥处理；
(6)将步骤(5)球磨干燥后的YbB6超高温陶瓷粉末置于石墨模具中循环加压干压成型，得到均匀的YbB6超高温陶瓷粉末坯体；
(7)将步骤(6)干压成型的YbB6超高温陶瓷粉末坯体及石墨模具一同置于高温热压烧结炉中热压烧结制备致密的YbB6超高温陶瓷块体材料。
4.根据权利要求2所述的一种抗热震超高温陶瓷的制备方法，其特征在于：所述的步骤(1)中，原料为Yb2O3粉末和B粉末，Yb2O3粉末和B粉末按照Yb：B＝1：6.1-6.8的摩尔比进行混合；混料机转速为100-300/转，混料时间为10-30小时。
5.根据权利要求2所述的一种抗热震超高温陶瓷的制备方法，其特征在于：所述的步骤(2)中，所述干燥条件为：干燥环境为真空或通风干燥，干燥温度为25-45℃，干燥时间为24-48小时。
6.根据权利要求2所述的一种抗热震超高温陶瓷的制备方法，其特征在于：所述的步骤(3)中，所述高温反应条件为：温度为1500-1750℃，反应时间为2-4小时，高温炉的气氛为保护气氛Ar气。
7.根据权利要求2所述的一种抗热震超高温陶瓷的制备方法，其特征在于：所述的步骤(4)中，所述球磨处理条件为：球磨介质为无水乙醇，磨球为WC球，转速为300-400转/分，球磨时间为6-10小时。
8.根据权利要求2所述的一种抗热震超高温陶瓷的制备方法，其特征在于：所述的步骤(5)中，所述干燥条件为：干燥环境为真空或通风，干燥温度为25-35℃，干燥时间为24-48小时。
9.根据权利要求2所述的一种抗热震超高温陶瓷的制备方法，其特征在于：所述的步骤(6)中，所述干压成型的条件为：干压模具为石墨模具，干压成型压力为10-15MPa，保压时间为1-5分钟，循环加压次数为3-8次。
10.根据权利要求2所述的一种抗热震超高温陶瓷的制备方法，其特征在于：所述的步骤(7)中，所述热压烧结条件为：热压烧结温度1850-2000℃，保温时间0.5-2小时，气氛为Ar气保护气氛。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107973613A (zh) * 2016-10-21 2018-05-01 张家港市沙源检测技术有限公司 一种超高温多孔YbB6陶瓷的制备方法
CN114956109A (zh) * 2022-06-09 2022-08-30 陕西科技大学 一种超高温稀土六硼化物粉体及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001089202A (ja) * 1999-05-17 2001-04-03 Sumitomo Metal Mining Co Ltd 日射遮蔽合わせガラス
CN102976742A (zh) * 2012-11-09 2013-03-20 航天材料及工艺研究所 单相块体陶瓷Y4Al2O9的制备方法
CN103601207A (zh) * 2013-11-12 2014-02-26 北京工业大学 高纯高致密YbB6多晶块体阴极材料的制备方法
CN104829235A (zh) * 2015-05-20 2015-08-12 航天材料及工艺研究所 一种高强度高气孔率YbB6超高温多孔陶瓷及其制备方法
CN105350075A (zh) * 2015-11-29 2016-02-24 北京工业大学 一种高纯度拓扑绝缘体YbB6单晶体的制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001089202A (ja) * 1999-05-17 2001-04-03 Sumitomo Metal Mining Co Ltd 日射遮蔽合わせガラス
CN102976742A (zh) * 2012-11-09 2013-03-20 航天材料及工艺研究所 单相块体陶瓷Y4Al2O9的制备方法
CN103601207A (zh) * 2013-11-12 2014-02-26 北京工业大学 高纯高致密YbB6多晶块体阴极材料的制备方法
CN104829235A (zh) * 2015-05-20 2015-08-12 航天材料及工艺研究所 一种高强度高气孔率YbB6超高温多孔陶瓷及其制备方法
CN105350075A (zh) * 2015-11-29 2016-02-24 北京工业大学 一种高纯度拓扑绝缘体YbB6单晶体的制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107973613A (zh) * 2016-10-21 2018-05-01 张家港市沙源检测技术有限公司 一种超高温多孔YbB6陶瓷的制备方法
CN114956109A (zh) * 2022-06-09 2022-08-30 陕西科技大学 一种超高温稀土六硼化物粉体及其制备方法

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