CN107089824A - 一种三氧化二铝‑碳化硼复合陶瓷芯块及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种三氧化二铝‑碳化硼复合陶瓷芯块及其制备方法，制备方法包括以下步骤：首先将包括B4C、Al2O3、偶联剂和粘结剂的混合料进行加热造粒，得到预成型用喂料后按照注射成型的温度150～175℃、注射成型的压力65～80kg/cm3和注射成型用模具的壁厚0.8～1.2mm的条件进行注射成型，得到生坯；随后将得到的生坯进行脱脂处理后烧结，得到复合陶瓷芯块。本发明提供的方法，通过温度为150～175℃和压力65～80kg/cm3的注射成型法，采用壁厚为0.8～1.2mm的模具制备得到壁厚为0.6～1.0mm的复合陶瓷芯块，克服薄壁三氧化二铝‑碳化硼复合陶瓷芯块采用模压法制备时难以成型的不足。

Description

一种三氧化二铝-碳化硼复合陶瓷芯块及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合陶瓷制备技术领域，尤其涉及一种三氧化二铝-碳化硼复合陶瓷芯块及其制备方法。
背景技术
Al2O3陶瓷由于其独特的结合强度、硬度和电绝缘性能广泛应用于多个技术领域，但是，Al2O3陶瓷的断裂韧性较低，限制了Al2O3陶瓷在结构组件的应用。为此研究人员在Al2O3基质中添加第二相粒子，以改善其用于切削工具的断裂韧性，硬度和强度。B4C具有理论密度低，良好的耐磨性及高温热硬度。因此，在Al2O3材料中添加B4C后改善机械性能，使其适用于切削工具和耐磨材料。
此外，B4C中子俘获截面高，没有二次辐射污染，拥有良好的吸收中子性能，碳化硼或碳化硼的复合物材料可应用到辐射防护领域。Al2O3-B4C复合陶瓷是核反应堆中主要的中子吸收材料之一，这种复合陶瓷在用作中子吸收材料时通常制成薄壁的芯块。目前，芯块的成型方法是模压成型，但是当芯块壁厚较薄，采用模压成型法制备芯块时，所需生坯阴模尺寸偏大，会存在成型压力不均匀的问题，此外，由于所用模具复杂，且碳化硼的硬度大，其颗粒会划伤模具，脱模困难，导致薄壁芯块成型难度大。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种三氧化二铝-碳化硼复合陶瓷芯块及其制备方法，按照本发明提供的方法能够制备得到壁厚为0.6～1.0mm的陶瓷芯块。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种三氧化二铝-碳化硼复合陶瓷芯块的制备方法，包括以下步骤：
(1)将包括Al2O3、B4C、偶联剂和粘结剂的混合料进行加热造粒，得到预成型用喂料；
(2)对所述步骤(1)得到的预成型用喂料进行注射成型，得到生坯；所述注射成型的温度为150～175℃，所述注射成型的压力为65～80kg/cm3，所述注射成型用模具的壁厚为0.8～1.2mm；
(3)将所述步骤(2)得到的生坯进行脱脂处理后烧结，得到复合陶瓷芯块。
优选的，所述B4C的粒径为3～10μm，所述Al2O3的粒径为0.2～2μm；所述Al2O3和B4C的质量比为(80～86)：(14～20)。
优选的，所述粘结剂为烯烃聚合物、石蜡和硬脂酸；所述Al2O3和B4C的总质量与粘结剂的质量比为(76～82)：(18～24)。
优选的，所述烯烃聚合物、石蜡和硬脂酸的质量比为(8～10)：(10～12)：(1～2)。
优选的，所述偶联剂为铝酸酯偶联剂或钛酸酯偶联剂；所述B4C和Al2O3的总质量与偶联剂的质量比为100：(0.5～1.0)。
优选的，所述预成型用喂料的粒度为2～8mm。
优选的，所述步骤(1)中的混料的制备方法包括以下步骤：
(a)将所述B4C、Al2O3和偶联剂混合，得到一级混合料；
(b)对所述粘结剂进行加热，得到粘稠状粘结剂；
(c)将所述步骤(a)得到的一级混合料与所述步骤(b)得到的粘稠状粘结剂混合，静置20～30h，得到混合料；
所述步骤(a)和步骤(b)没有时间先后顺序的限定。
优选的，所述粘稠状粘结剂通过三步加热的方式得到，具体为：
第一步加热所述烯烃聚合物后降温至第二步加热温度加入硬脂酸，进行保温；所述首步加热的温度为175～180℃；所述第二步加热的温度为160～170℃；
所述第二步加热后，再降温10～20℃后加入所述石蜡后进行第三步加热。
优选的，所述烧结温度为1550～1700℃，所述烧结时间为3～5h；所述烧结气氛为惰性气氛或氢气气氛。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法得到三氧化二铝-碳化硼复合陶瓷芯块，所述复合陶瓷芯块的密度为65～95％；所述复合陶瓷芯块为环形芯，所述环形芯的壁厚为0.6～1.0mm。
本发明提供了一种三氧化二铝-碳化硼复合陶瓷芯块的制备方法，包括以下步骤：首先将包括Al2O3、B4C、偶联剂和粘结剂的混合料进行加热造粒，得到预成型用喂料后按照注射成型的温度150～175℃、注射成型的压力65～80kg/cm3和注射成型用模具的壁厚0.8～1.2mm的条件进行注射成型，得到生坯；随后将得到的生坯进行脱脂处理后烧结，得到复合陶瓷芯块。本发明提供的方法，对包括B4C、Al2O3、偶联剂和粘结剂的混合料进行造粒处理，得到柱状料；采用壁厚为0.8～1.2mm的注射成型模具，按照注射成型的温度150～175℃、注射成型的压力65～80kg/cm3的条件对所述预成型混料进行注射成型，克服了薄壁三氧化二铝-碳化硼复合陶瓷芯块采用模压法制备时难以成型的不足。实施例的结果表明，采用本发明提供的方法，能够制备得到壁厚为0.6～1.0mm的环形芯。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例1经脱脂后的陶瓷芯块外观图；
图2为本发明实施例1经烧结后得到的复合陶瓷芯块外观图；
图3为本发明实施例1经烧结后得到的复合陶瓷芯块放大100倍的SEM图；
图4为本发明实施例1经烧结后得到的复合陶瓷芯块放大1000倍的SEM图；
图5为本发明实施例2经烧结后得到的复合陶瓷芯块外观图。
具体实施方式
本发明提供了一种三氧化二铝-碳化硼(Al2O3-B4C)复合陶瓷芯块的制备方法，包括以下步骤：首先将包括Al2O3、B4C、偶联剂和粘结剂的混合料进行加热造粒，得到预成型用喂料；采用壁厚为0.8～1.2mm的注射成型模具，按照注射成型的温度150～175℃、注射成型的压力65～80kg/cm3的条件对所述柱状料进行注射成型，得到生坯；将得到的生坯进行脱脂处理后烧结，得到复合陶瓷芯块。
本发明提供的方法，对包括B4C、Al2O3、偶联剂和粘结剂的混合料进行造粒处理，得到预成型用喂料；采用壁厚为0.8～1.2mm的注射成型模具，按照注射成型的温度150～175℃、注射成型的压力65～80kg/cm3的条件用所述喂料进行注射成型，克服了薄壁三氧化二铝-碳化硼复合陶瓷芯块采用模压法制备时难以成型的不足。
本发明将B4C、Al2O3、偶联剂和粘结剂混合，得到预成型用喂料。在本发明中，所述B4C的粒径优选为3～10μm，进一步优选为3.5～7.5μm，更优选为5μm；所述Al2O3的粒径优选为0.2～2μm，进一步优选为0.5～1.5μm，更优选为1.0μm。本发明对所述B4C和Al2O3的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的B4C和Al2O3即可。在本发明中，所述Al2O3和B4C的质量比优选为(80～86)：(14～20)，进一步优选为(82～85)：(15～18)，更优选为84：16。
本发明优选将所述Al2O3和B4C原料混合后依次经烘干、球磨处理和干燥后再与偶联剂和粘结剂混合。在本发明中，所述烘干温度优选为150～250℃，进一步优选为180～220℃，更优选为200℃；所述烘干时间优选为2～4h，进一步优选为2.5～3.5h，更优选为3h。
本发明优选对所述烘干后的Al2O3、B4C两种混合后的粉体进行球磨处理。在本发明中，所述球磨处理的转速优选为55～320r/min，进一步优选为100～250r/min，更优选为200r/min；所述球磨处理的时间优选为3～8h，进一步优选为4～6h，更优选为5h。本发明对所述球磨处理的具体实施方法没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的球磨处理的具体实施方式即可；在本发明的实施例中，所述球磨处理所用研磨体优选为氧化锆球，所述氧化锆球中大球、中球和小球的粒径优选分别为30mm、20mm和10mm，所述大球、中球和小球的质量比优选为3:4:3。在本发明中，所述球磨处理优选为湿式球磨，所述湿式球磨用助磨剂优选为无水乙醇。在本发明中，所述球磨处理的研磨体、粉体和助磨剂的质量比优选为2：0.6：1.0。在本发明中，所述球磨处理优选在球磨机中进行；本发明对所述球磨机的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的球磨机即可。
完成所述球磨后，本发明优选对所述球磨后的Al2O3和B4C进行干燥。在本发明中，所述干燥的温度优选为55～65℃，进一步优选为58～62℃，更优选为50℃；所述干燥的时间优选为13～15h，进一步优选为13.5～14.5h，更优选为14h。
在本发明中，所述偶联剂优选为铝酸酯偶联剂或钛酸酯偶联剂；在本发明的实施例中，所述铝酸酯偶联剂具体为二硬脂酰氧异丙氧基铝酸酯(SG-Al821)；在本发明的实施例中所述钛酸酯偶联剂具体为甲烷氧基不饱和脂肪酸。本发明对所述偶联剂的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的即可；在本发明的实施例中，采用所述偶联剂的市售产品即可。
在本发明中，所述B4C和Al2O3的总质量与偶联剂的质量比优选为100：(0.5～1.0)，进一步优选为100：(0.6～0.8)，更优选为100：0.75。
在本发明中，所述粘结剂优选为烯烃聚合物、石蜡和硬脂酸；所述Al2O3和B4C的总质量与粘结剂的质量比为：(76～82)：(18～24)，进一步优选为(78～80)：(20～22)，更优选为79：21。在本发明中，所述烯烃聚合物、石蜡和硬脂酸的质量比优选为(8～10)：(10～12)：(1～2)，进一步优选为(8.5～9.5)：(10.5～11.5)：1.5，更优选为9：11：1.5。在本发明中，所述烯烃聚合物优选为聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE)。当采用聚乙烯时，所述聚乙烯优选为高密度聚乙烯(HDPE)。
本发明将B4C、Al2O3、偶联剂和粘结剂混合，得到混合料。在本发明中，混合优选包括以下步骤：(a)将所述Al2O3、B4C和偶联剂混合，得到一级混合料；(b)对所述粘结剂进行加热，得到粘稠状粘结剂；(c)将所述步骤(a)得到的一级混合料与所述步骤(b)得到的粘稠状粘结剂混合，静置20～30h；所述步骤(a)和步骤(b)没有先后顺序。
在本发明中，所述步骤(b)中粘稠状粘结剂优选通过三步加热的方式得到，具体为：
第一步加热所述烯烃聚合物后降温至第二步加热温度加入硬脂酸，进行保温；
完成所述第二步加热后，本发明优选再降温10～20℃后加入所述石蜡后进行第三步加热。
在本发明中，所述第一步加热的温度优选为175～180℃，进一步优选为176～179℃，更优选为178℃；在本发明中，所述第一步加热的时间以能得到熔融状态的烯烃聚合物为准；在本发明的实施例中，所述第一步加热的时间具体为60～80min。所述第二步加热的温度优选为165～170℃，进一步优选为168℃；在本发明中，所述第二步加热的时间优选以能实现所述硬脂酸的熔融为准；在本发明的实施例中，所述第二步加热的时间具体为8～10min。在本发明中，所述石蜡加入前优选降温10～20℃，进一步优选为15℃；在本发明中，所述第三步加热的温度优选为140～160℃，进一步优选为145～155℃，更优选为150℃；在本发明中，所述第三步加热的时间优选以能实现石蜡的熔融即可；在本发明的实施例中，所述第三步加热的时间具体为5～8min。本发明对所述达到第二步加热温度的降温方式以及降温至硬脂酸加入温度的降温方式均没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的降温方式即可。本发明对所述达到第三步加热的方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的升温方式即可。在本发明中，所述三步加热充分利用粘结剂中熔点不同的特性，在保证粘结剂均能熔融均匀的前提下，避免粘结剂的挥发。
在本发明中，所述三步加热优选在密炼机中进行；本发明对所述密炼机的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的密炼机即可。
得到所述粘稠状粘结剂后，为了避免所述粘稠状粘结剂的挥发，本发明优选将所述得到的粘稠状粘结剂在0～5min内用于与所述一级混合料的混合，进一步优选为1～4min，更优选为1.5～2min。
本发明将所述Al2O3、B4C和偶联剂混合，得到一级混合料。本发明对所述混合方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的物料混合方式即可。
本发明优选将得到的一级混合料与粘稠状粘结剂混合，进一步优选将所述一级混合料加入到所述粘稠状粘结剂中，更优选为将所述一级混合料分3～4次加入到所述粘稠状粘结剂中。本发明优选对所述一级混合料与粘稠状粘结剂的混合物进行静置，所述静置的时间优选为20～30h，进一步优选为24h；在本发明所述静置过程中，完成所述混合料的陈化。
得到混合料后，本发明对所述得到的混合料进行加热造粒，得到预成型用喂料。在本发明中，所述加热造粒的温度优选为140～155℃。在本发明中，所述预成型喂料的粒度优选为2～8mm，进一步优选为3～5mm；所述预成型粒度有助于后续注射成型的顺利进行。
在本发明中，所述加热造粒优选为机械造粒或机械破碎。本发明对所述机械造粒的具体方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的机械造粒方式即可。在本发明中，所述机械造粒优选在造粒机中进行，本发明对所述造粒机的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的造粒机即可。本发明经机械造粒得到的预成型混料优选为柱状料；在本发明中，所述柱状料的直径优选为2～5mm，进一步优选为2.5～4.5mm，更优选为3mm；所述柱状料的长度优选为3～5mm，进一步优选为3.5～4.5mm，更优选为4～4.2mm。在本发明中，所述柱状料的尺寸有助于后续注射成型的顺利进行。
本发明对机械破碎过程的具体方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的机械破碎方式即可。在本发明中，所述机械破碎优选在破碎机中进行，本发明对所述破碎机的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的破碎机即可。本发明经机械破碎得到的预成型喂料优选为块状料；所述块状料的粒度优选为3～8mm，进一步优选为4～6mm。
本发明对所述得到的预成型用喂料进行注射成型，得到初级复合陶瓷芯块。在本发明中，所述注射成型的温度为150～175℃，优选为155～170℃，进一步优选为160～165℃。在本发明中，所述注射成型的压力为65～80kg/cm3，优选为70～78kg/cm3，进一步优选为72～75kg/cm3。在本发明中，所述注射成型用模具的壁厚为0.8～1.2mm，优选为0.85～1.15mm，进一步优选为0.9～1.1mm，更优选为1.0mm。本发明对所述注射成型的具体实施方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的注射成型方式即可。针对薄壁Al2O3-B4C复合陶瓷芯块在采用模压法制备时难以成型的不足，本发明采用多用于厚壁芯块的陶瓷制备的注射成型法，并明确限定温度150～175℃、注射成型的压力65～80kg/cm3，得到了壁厚为0.8～1.2mm的环形芯生坯，结合后续脱脂处理和烧结作用，得到壁厚为0.6～1.0mm的Al2O3-B4C复合陶瓷芯块。
本制品在注射成型时注射一次可成型8个芯块，成型时间在30s左右，成型后损坏率小于5％，且注射成型机可实现全自动化生产，在后续脱脂和烧结时可采用大炉膛设备进行，脱脂后及烧结后的收得率可大于90％。本发明具有成本低，效率高，适合批量生产的特点。
本发明对所述得到的初级复合陶瓷芯块进行脱脂处理后烧结，得到复合陶瓷芯块。在本发明中，所述脱脂处理优选为热脱脂。在本发明中，所述热脱脂优选通过埋覆于氧化铝粉中进行；所述热脱脂优选在氩气气氛或氢气气氛中进行；所述热脱脂的温度优选为470～480℃，进一步优选为475℃；所述热脱脂的时间优选为60～65h，进一步优选为62～64h。在本发明中，经过所述脱脂处理实现粘结剂的脱除。
在本发明中，所述热脱脂前优选还包括溶剂脱脂。在本发明中，所述溶剂脱脂用溶剂优选为煤油；所述溶剂脱脂的时间优选为8～10min，进一步优选为8.5～9.5min，更优选为9min。完成所述溶剂脱脂后，本发明优选将所述溶剂脱脂后的陶瓷芯块于40～50℃的烘箱内进行干燥。本发明对所述干燥的时间没有特殊要求，以能实现煤油的去除即可。
本发明对所述脱脂处理后的复合陶瓷芯块进行烧结，得到复合陶瓷芯块。在本发明中，所述烧结温度优选为1550～1700℃，进一步优选为1600～1650℃；所述烧结时间优选为3～5h，进一步优选为3.5～4.5h，更优选为4h；所述烧结气氛优选为惰性气氛或氢气气氛。在本发明中，所述烧结温度优选通过两步升温的方式达到，具体为：由初始温度依次经过第一升温、初步保温和第二升温至烧结温度；所述初始温度优选为20～30℃，进一步优选为25～28℃；所述第一升温至1100～1200℃，所述第一升温的速率优选为2～3℃/min，进一步优选为2.5℃/min；所述初步保温的时间优选为2～3h，进一步优选为2.5h；所述第二升温的速率优选为2～5℃/min，进一步优选为3～4℃/min，更优选为3.5℃/min。
本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法得到Al2O3-B4C复合陶瓷芯块。在本发明中，所述复合陶瓷芯块为环形芯；所述复合陶瓷芯块的壁厚为0.6～1.0mm，优选为0.65～0.95mm，进一步优选为0.70～0.90mm，更优选为0.75～0.85mm，最优选为0.80mm。在本发明中，所述复合陶瓷芯块的外径优选为7.10～9.40mm。在本发明中，所述复合陶瓷芯块的密度为65～95％，进一步优选为70～90％，更优选为75～85％。
本发明提供了一种Al2O3-B4C复合陶瓷芯块的制备方法，包括以下步骤：首先将包括Al2O3、B4C、偶联剂和粘结剂的混合料进行加热造粒，得到预成型用喂料后采用壁厚为0.8～1.2mm的注射成型模具，按照注射成型的温度150～175℃、注射成型的压力65～80kg/cm3的条件对所述预成型用喂料进行注射成型；随后将得到的初级陶瓷芯块进行脱脂处理后烧结，得到复合陶瓷芯块。
本发明提供的方法，对包括Al2O3、B4C、偶联剂和粘结剂的混合料进行造粒处理，在粉体和粘结剂体系均匀混合的情况下，避免了粉体模压成型时的弊端，通过温度为150～175℃和压力65～80kg/cm3的注射成型法，采用壁厚为0.8～1.2mm的模具完成了复合陶瓷芯块的制备，克服了薄壁Al2O3-B4C复合陶瓷芯块采用模压法制备时难以成型的不足。
下面结合实施例对本发明提供的B4C-Al2O3复合陶瓷芯块及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
1、混料
将平均粒径为0.2μm的Al2O3粉末和平均粒径为3.0μm的B4C粉末经200℃烘干3h，然后取该Al2O3、B4C粉末按80％：20％质量比例分别称量并进行初步混合：将混和粉料放入适量的氧化锆球及无水乙醇，在球磨机上以55转/min的速度球磨8h。将球磨后的浆料烘干后，用打料机将块状料打碎，并称取混合后的总料量1000g备用。
2、密炼
先在混料中均匀加入10g的铝酸脂偶联剂。称取聚丙烯PP 131.58g，石蜡PW157.90g，硬脂酸SA 26.32g。打开密炼机的加热器，控制温度在175℃，向密炼室内加入全部的PP，待PP全部熔化之后，控制温度在165℃加入SA，待其熔化后冷却一段时间，加入PW并控制温度在140℃保温7min，得到混合后的白色粘稠状粘结剂体系。将含有偶联剂的粉料按总料量分成3次加入上述粘结剂体系中，并搅拌至均匀，关闭加热器，冷却混合料至室温并陈化24h。
3、造粒
取出陈化料放入造粒机中，加热造粒后得到长度为3mm，直径为5mm的柱状预成型用喂料。
4、注射成型
在注射成型机中放入预成型用喂料，用壁厚为1.2mm的模具进行注射成型得到芯块坯体。其中，注射成型的温度设定为175℃，注射压力在80Kg/cm2，注射速度在60％。
5、脱脂
将注射成型出来的坯体置于坩埚中并用氧化铝粉埋住，在流动的高纯氩气保护下，在最高温度为480℃下脱除各种粘结剂，热脱脂的总进行时间为65h。完成所述脱脂后的坯体外观如图1所示。由图1可知，脱脂后的芯块表面无收缩不均匀、飞边、变形及裂纹等外观可见的缺陷出现。
6、烧结
经脱脂后的Al2O3-B4C复合陶瓷芯块清除其表面的粉末，置于高纯氩气下烧结。烧结时先按2℃/min升到1200℃，保温2h后再升温到1550℃，保温5h，烧结后得到芯块的相对密度65％，陶瓷芯块的壁厚约为1.0mm。所述烧结后的复合陶瓷芯块外观如图2所示。并对复合陶瓷芯块进行微观组织观察，结果如图3和图4所示。由图3可以看出，芯块内部均匀，局部无孔洞、裂纹宏观缺陷，并且结合图中的标尺，可证实芯块的壁厚约为1.0mm。图4可知，芯块的晶粒形貌清晰，晶粒大小在2～5μm，较为均匀。
实施例2
1、混料
将平均粒径为1.0μm的Al2O3粉末和平均粒径为5.0μm的B4C粉末经200℃烘干3h，然后取该Al2O3、B4C粉末按82％：18％质量比例分别称量并进行初步混合：将混料放入适量的氧化锆球及无水乙醇在球磨机上以120转/min的转速球磨6h。经球磨的浆料在80℃烘箱中烘干后，用打料机将块状料打碎，称取混合后的总料量为1000g，备用。
2、密炼
先在混料中均匀加入10g的钛酸脂偶联剂。称取PP 102.56g，PW153.84g，SA25.64g。打开密炼机的加热器，控制温度在178℃，向密炼室内加入全部的PP，待PP全部熔化之后，控制温度在160℃加入SA，待其熔化后冷却一段时间，加入PW并控制温度在145℃保温6min，得到混合后的白色粘稠状粘结剂体系。将含有偶联剂的粉料按总料量分成3次加入上述粘结剂体系中，并搅拌至均匀，关闭加热器，冷却混合料至室温并陈化24h。
3、造粒
取出陈化料放入造粒机中，通过加热造粒过程得到成长度为5mm，直径为5mm的柱状预成型用喂料。
4、注射成型
在注射成型机中放入预成型用喂料，用壁厚为1.2mm的模具进行注射成型得到芯块坯体。其中，注射成型的温度设定为165℃，注射压力为70Kg/cm2，注射速度为50％。
5、脱脂
将注射成型出来的坯体置于坩埚中并用氧化铝粉埋住，在流动的高纯氩气保护下及最高温度为480℃下缓慢进行脱除各种粘结剂。热脱脂的总进行时间为63h。
6、烧结
Al2O3-B4C复合陶瓷芯块经脱脂后置于气氛保护条件下进行烧结，保护气氛为高纯氩气。烧结时先按2℃/min升到1200℃，保温2h后再升温到1600℃，保温5h。烧结后得到芯块的相对密度75％，所述烧结后的复合陶瓷芯块外观如图5所示，陶瓷芯块的壁厚约为0.95mm。
实施例3
1、混料
将平均粒径为1.5μm的Al2O3粉末和平均粒径为8μm的B4C粉末经200℃烘干3h。然后按84％：16％质量比例称取Al2O3和B4C粉末并进行初步混合。将混料放入适量的氧化锆球及无水乙醇在球磨机上以120转/min的转速球磨6h。球磨后的浆料在80℃烘箱中烘干，用打料机将块状料打碎，称取混合后的总料量为1000g
2、密炼
先在混料中均匀加入5g的铝酸脂偶联剂。称取PP 112.50g，PW125.00g，SA12.50g。打开密炼机的加热器，控制温度在175℃，向密炼室内加入全部的PP，待PP全部熔化之后，控制温度在170℃加入SA，待其熔化后冷却一段时间，加入PW并控制温度在140℃保温5min，得到混合后的白色粘稠状粘结剂体系。将含有偶联剂的粉料按总料量分成3次加入上述粘结剂体系中，并搅拌至均匀，关闭加热器，冷却混合料至室温并陈化24h。
3、造粒
取出陈化料放入造粒机中，经过加热造粒得到长度为5mm，直径为5mm的柱状预成型用喂料。
4、注射成型
在注射成型机中放入预成型用喂料，用壁厚为1.0mm的模具进行注射成型得到芯块坯体。其中，注射成型的温度设定为168℃，注射压力为65Kg/cm2，注射速度为45％。
5、脱脂
脱脂方式采用两步脱脂法。注射成型出来的坯体在煤油中脱脂10min。烘干后进行热脱脂。热脱脂的气氛在流动的高纯氩气保护下及最高温度480℃下缓慢进行，脱除各种粘结剂。热脱脂的总进行时间为62h。
6、烧结
Al2O3-B4C复合陶瓷芯块经脱脂后置于流动氢气气氛下进行烧结，烧结时先按2℃/min升到1200℃，保温2h后再升温到1650℃，保温4h。烧结后得到芯块的相对密度86％，陶瓷芯块的壁厚约为0.88mm。
实施例4
1、混料
将平均粒径为2.0μm的Al2O3粉末和平均粒径为8μm的B4C粉末在200℃的马弗炉中烘干3h。然后取该Al2O3、B4C粉末按86％：14％质量比例分别称量并进行混合。将混料放入适量的氧化锆球及无水乙醇在球磨机上以320r/min的转速混料3h。用打料机将块状料打碎，称取混合后的总料量为1000g。
2、密炼
先在混料中加入10g的铝酸脂偶联剂。然后称取PP97.56g，PW109.75g，SA 12.20g。打开密炼机的加热器，控制温度在180℃，向密炼室内加入全部的PP，待PP全部熔化之后，控制温度在160℃加入SA，待其熔化后冷却一段时间，加入PW并控制温度在155℃，保温5min，得到混合后的白色粘稠状粘结剂体系。将含有偶联剂的粉料按总料量分成3次加入上述粘结剂体系中，并搅拌至均匀，关闭加热器，冷却混合料至室温后陈化24h。
3、造粒
取出陈化料放入造粒机中，加热造粒得到长度为5mm，直径为5mm的柱状预成型用喂料。
4、注射成型
在注射成型机中放入预成型用喂料，用壁厚为0.8mm的模具进行注射成型得到芯块坯体。其中，注射成型的温度设定为150℃，注射压力为65Kg/cm2，注射速度为40％。
5、脱脂
脱脂方式采用两步脱脂法：注射成型出来的坯体在煤油中脱脂8min后进行干燥去除坯体表面及内部的煤油。随后进行热脱脂，热脱脂的气氛在流动的高纯氩气保护下及最高温度为480℃下缓慢脱除各种粘结剂，热脱脂的总进行时间为60h。
6、烧结
Al2O3-B4C复合陶瓷芯块经脱脂后置于高纯氩气下进行烧结。烧结时先按2℃/min升到1200℃，保温2h后再升温到1700℃，保温3h。烧结后得到芯块的相对密度90％，陶瓷芯块的壁厚约为0.68mm。
实施例5
1、混料
将平均粒径为1.0μm的Al2O3粉末和平均粒径为5μm的B4C粉末经200℃烘干3h。然后按84％：16％质量比例称取Al2O3和B4C粉末并进行初步混合。将混料放入适量的氧化锆球及无水乙醇在球磨机上以120转/min的转速球磨6h。球磨后的浆料在80℃烘箱中烘干，用打料机将块状料打碎，称取混合后的总料量为1000g
2、密炼
先在混料中均匀加入5g的钛酸脂偶联剂。称取PP 112.50g，PW125.00g，SA12.50g。打开密炼机的加热器，控制温度在175℃，向密炼室内加入全部的PP，待PP全部熔化之后，控制温度在162℃加入SA，待其熔化后冷却一段时间，加入PW并控制温度在150℃保温6min得到混合后的白色粘稠状粘结剂体系。将含有偶联剂的粉料按总料量分成3次加入上述粘结剂体系中，并搅拌至均匀，关闭加热器，冷却混合料至室温并陈化24h。
3、造粒
取出陈化料放入造粒机中，通过加热造粒过程得到成长度为5mm，直径为5mm的柱状预成型用喂料。
4、注射成型
在注射成型机中放入预成型用喂料，用壁厚为0.8mm的模具进行注射成型得到芯块坯体。其中，注射成型的温度设定为165℃，注射压力为70Kg/cm2，注射速度为50％。
5、脱脂
将注射成型出来的坯体置于坩埚中并用氧化铝粉埋住，在流动的高纯氩气保护下及最高温度为480℃下缓慢进行脱除各种粘结剂。热脱脂的总进行时间为63h。
6、烧结
Al2O3-B4C复合陶瓷芯块经脱脂后置于气氛保护条件下进行烧结，保护气氛为高纯氩气。烧结时先按2℃/min升到1200℃，保温2h后再升温到1700℃，保温5h。烧结后得到芯块的相对密度95％，陶瓷芯块的壁厚约为0.60mm。
实施例6
1、混料
将平均粒径为1.2μm的Al2O3粉末和平均粒径为6μm的B4C粉末经200℃烘干3h。然后按85％：15％质量比例称取Al2O3和B4C粉末并进行初步混合。将混料放入适量的氧化锆球及无水乙醇在球磨机上以150转/min的转速球磨5.5h。球磨后的浆料在80℃烘箱中烘干，用打料机将块状料打碎，称取混合后的总料量为1000g。
2、密炼
先在混料中均匀加入5g的钛酸脂偶联剂。称取PP 112.50g，PW125.00g，SA12.50g。打开密炼机的加热器，控制温度在178℃，向密炼室内加入全部的PP，待PP全部熔化之后，控制温度在170℃加入SA，待其熔化后冷却一段时间，加入PW并控制温度150℃保温7min，得到混合后的白色粘稠状粘结剂体系。将含有偶联剂的粉料按总料量分成3次加入上述粘结剂体系中，并搅拌至均匀，关闭加热器，冷却混合料至室温并陈化24h。
3、机械粉碎
取出陈化料放入粉碎机中，通过粉碎过程得到平均粒度为5mm的块状预成型用喂料。
4、注射成型
在注射成型机中放入块状预成型用喂料，用壁厚为1.2mm的模具进行注射成型得到芯块坯体。其中，注射成型的温度设定为170℃，注射压力为75Kg/cm2，注射速度为50％。
5、脱脂
将注射成型出来的坯体置于坩埚中并用氧化铝粉埋住，在流动的高纯氩气保护下及最高温度为480℃下缓慢进行脱除各种粘结剂。热脱脂的总进行时间为63h。
6、烧结
Al2O3-B4C复合陶瓷芯块经脱脂后置于气氛保护条件下进行烧结，保护气氛为高纯氩气。烧结时先按2℃/min升到1200℃，保温2h后再升温到1650℃，保温5h。烧结后得到芯块的相对密度88％，陶瓷芯块的壁厚约为0.95mm。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种三氧化二铝-碳化硼复合陶瓷芯块的制备方法，包括以下步骤：
(1)将包括Al2O3、B4C、偶联剂和粘结剂的混合料进行加热造粒，得到预成型用喂料；
(2)对所述步骤(1)得到的预成型用喂料进行注射成型，得到生坯；所述注射成型的温度为150～175℃，所述注射成型的压力为65～80kg/cm3，所述注射成型用模具的壁厚为0.8～1.2mm；
(3)将所述步骤(2)得到的生坯进行脱脂处理后烧结，得到复合陶瓷芯块。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述B4C的粒径为3～10μm，所述Al2O3的粒径为0.2～2μm；所述Al2O3和B4C的质量比为(80～86)：(14～20)。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述粘结剂为烯烃聚合物、石蜡和硬脂酸；所述Al2O3和B4C的总质量与粘结剂的质量比为：(76～82)：(18～24)。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述烯烃聚合物、石蜡和硬脂酸的质量比为(8～10)：(10～12)：(1～2)。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述偶联剂为铝酸酯偶联剂或钛酸酯偶联剂；所述B4C和Al2O3的总质量与偶联剂的质量比为100：(0.5～1.0)。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述预成型用喂料的粒度为2～8mm。
7.根据权利要求1～6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的混合料的制备方法包括以下步骤：
(a)将所述B4C、Al2O3和偶联剂混合，得到一级混合料；
(b)对所述粘结剂进行加热，得到粘稠状粘结剂；
(c)将所述步骤(a)得到的一级混合料与所述步骤(b)得到的粘稠状粘结剂混合，静置20～30h，得到混合料；
所述步骤(a)和步骤(b)没有时间先后顺序的限定。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述粘稠状粘结剂通过三步加热的方式得到，具体为：
第一步加热所述烯烃聚合物后降温至第二步加热温度加入硬脂酸，进行保温；所述首步加热的温度为175～180℃；所述第二步加热的温度为160～170℃；
所述第二步加热后，再降温10～20℃后加入所述石蜡后进行第三步加热。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述烧结的温度为1550～1700℃，所述烧结的时间为3～5h；所述烧结的气氛为惰性气氛或氢气气氛。
10.权利要求1～9任一项所述的制备方法得到的三氧化二铝-碳化硼复合陶瓷芯块，所述复合陶瓷芯块的密度为65～95％；所述复合陶瓷芯块为环形芯，所述环形芯的壁厚为0.6～1.0mm。
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