CN108821773A - 一种湿法成型原位反应烧结制备碳化硼陶瓷的方法 - Google Patents
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Abstract
一种湿法成型原位反应烧结制备碳化硼陶瓷的方法，它涉及一种碳化硼陶瓷的制备方法。本发明的目的是要解决现有常压烧结得到的碳化硼陶瓷存在力学性能差的问题。方法：一、称取碳化硼粉体、三氧化二硼和炭黑作为原料；二、配制浆料；三、研磨混合；四、压滤陈腐；五、制坯；六、烧结，得到碳化硼陶瓷。优点：致密度可达97％以上；密度为2.45g/cm3～2.50g/cm3；抗弯强度值可达到420MPa～440MPa，硬度为33GPa～35GPa，弹性模量为450GPa～480GPa，断裂韧性为2.8MPa·m1/2～3.3MPa·m1/2。本发明主要用于制备不规则的、异形的或结构复杂的碳化硼陶瓷。
Description
技术领域
本发明涉及一种碳化硼陶瓷的制备方法。
背景技术
碳化硼是一种有着许多优良性能的重要特种陶瓷。碳化硼的硬度在自然界中仅次于金刚石和立方氮化硼，尤其是近于恒定的高温硬度是其他材料无可比拟的，故成为超硬材料家族中的重要成员。在碳化硼中，硼与碳主要以共价键相结合，具有高熔点、高硬度、高模量、密度小、耐磨性好、耐酸碱性强等特点，并具有良好的中子、氧气吸收能力、较低的膨胀系数、热电性能，是一种综合性能十分突出的新型高性能工程陶瓷材料，在高端液气密封材料、航天航空发动机喷头、高端陶瓷轴承、高端防弹装甲材料、硬质材料的抛光和精研磨料等方面具有重要应用，碳化硼陶瓷在核电反应堆中子吸收及屏蔽部件等方面具有不可替代的作用，故广泛应用于耐火材料、工程陶瓷、核工业、航天航空等领域。
目前，用于抗弹陶瓷的结构陶瓷主要有氧化铝、碳化硅和碳化硼。其中，碳化硼是抗弹性能最优的装甲材料，目前用作飞机装甲材料和特殊用途防护结构。氧化铝虽然综合防护系数最低，但因其成本最低，所以在护身装甲和装甲车辆方面获得较多的应用。碳化硼抗弹陶瓷无论是防护系数，还是成本都介于二者之间。因而，降低碳化硼抗弹陶瓷材料的成本研究具有很强必要性和广阔的应用前景。
碳化硼陶瓷的制备方法按照其机理主要分为：热压烧结法、常压烧结法(又称为无压烧结法)、反应烧结法。热压烧结法是指以几乎纯的碳化硼为原料，在高温烧结过程中加载几十兆帕的高压，促进碳化硼致密化的烧结方法。热压烧结法产量低，产品结构简单，烧成温度高，产品磨加工余量大，产品机械性能最好，综合成本最高；常压烧结法是指在碳化硼原料中添加一种或几种烧结助剂，高温下利用烧结助剂的作用，促进碳化硼致密化的烧结方法。常压烧结法产能高，烧成温度高，产品磨加工余量小，适宜批量生产，产品机械性能较好，需要昂贵的高质量超细原料，综合成本较高，且烧结助剂的加入会对材料性能产生不利的影响，如理论密度的升高和硬度的下降等；反应烧结法是指将碳化硼和碳首先制备成为素坯，然后在高温下从外部浸渗液态或气态的金属Al、Si等，素坯中的碳与浸渗的金属发生反应，生成金属碳化物，过剩的金属充填陶瓷体孔隙，从而实现陶瓷致密化的烧结方法。反应烧结法烧成温度低，能耗低，原料粒度粗大成本低，产能较高，产品无收缩甚至略微膨胀，产品表面残留过剩的金属需要特别处理，液态或气态的金属对窑炉具有破坏性影响，缩短窑炉寿命。反应烧结碳化硼陶瓷内部因有大量金属残留，机械性能和耐腐蚀相对较差。目前中国公开专利“一种低温快速烧结制备碳化硼陶瓷材料的方法”(申请公布号CN104402441A)通过利用放电等离子烧结技术烧结多孔碳化硼粉体制备高性能碳化硼陶瓷，是一种节能环保的制备技术，而且这一烧结技术在烧结过程中可以加压，这对于多孔碳化硼粉体的孔道坍塌和致密化过程是有利的，从而可以实现在较低温度下得到高性能的碳化硼陶瓷，但是技术难度高且致密度较低；中国公开专利“一种基于反应烧结制备碳化硼陶瓷复合材料的方法”(申请公布号CN105130438A)在碳化硼陶瓷粉末表面沉积金属钛，在随后的烧结过程中，金属钛与素坯中的碳发生反应，并在碳化硼表面形成了致密的碳化钛，其不仅能够抑制硅与碳化硼的反应，保护碳化硼相的完整性，而且还能提高碳化硼陶瓷复合材料的整体性能，此发明因为会有大量金属残留导致碳化硼陶瓷机械性能相对较差；中国公开专利“常压烧结碳化硼陶瓷的制备方法”(授权公告号CN102503429B)通过碳化硼、碳化硅、碳粉等原料在常压下制备碳化硼陶瓷烧结，此发明中可能存在碳粉残留造成碳化硼中碳过量从而影响碳化硼陶瓷的应用性能。中国公开专利“一种碳化硼基复相陶瓷的热压-反应烧结制备方法”(申请公布号CN105924177A)采用热压烧结制备碳化硼陶瓷，热压工艺单炉产量有限，而且只能制备尺寸较小、形状较为简单的结构产品，综合成本十分高昂。因此，如何提高碳化硼陶瓷性能与降低其成本成为关键所在。
发明内容
本发明的目的是要解决现有常压烧结得到的碳化硼陶瓷存在力学性能差的问题，而提供一种湿法成型原位反应烧结制备碳化硼陶瓷的方法。
一种湿法成型原位反应烧结制备碳化硼陶瓷的方法，具体是按以下步骤完成的：
一、称取原料：按质量分数称取80％～90％的碳化硼粉体、7％～14％的三氧化二硼和3％～8％的炭黑作为原料；
二、配制浆料：以去离子水为分散介质，先加入粘结剂和分散剂，再加入步骤一称取的原料，得到初始浆料，所述初始浆料的固含量为30wt％～60wt％；所述步骤一称取原料的总质量与粘结剂的质量的比为100:(1～2)；所述步骤一称取原料的总质量与分散剂的质量的比为100:(1～2)；
三、研磨混合：使用砂磨机将初始浆料研磨5h～10h，得到混匀后浆料；所述混匀后浆料中碳化硼的粒径为10nm～100nm；然后将混匀后浆料加入搅拌机中，搅拌至得到球状颗粒料泥，且球状颗粒料泥的含水率为10％±0.5％；
四、压滤陈腐：使用压滤机将球状颗粒料泥过滤压制成块状，陈腐22h～28h，得到陈腐后泥料；
五、制坯：将陈腐后泥料使用挤出机挤出成型，然后置于干燥间内，采用水蒸汽调控干燥间内的温度和湿度进行梯度温度和梯度湿度干燥，得到碳化硼陶瓷预制坯体；
六、烧结：将碳化硼陶瓷预制坯体在真空气氛下以700℃～800℃温度条件下进行原位烧结，保温30min～60min，升温至2000℃～2300℃，在真空气氛下以2000℃～2300℃温度条件下进行常压烧结，保温60min～90min，降温至室温，得到碳化硼陶瓷。
本发明优点：一、本发明制备得到的碳化硼陶瓷的致密度可达97％以上；密度为2.45g/cm3～2.50g/cm3；二、本发明制备得到的碳化硼陶瓷具有优异的综合力学性能，其抗弯强度值可达到420MPa～440MPa，硬度为33GPa～35GPa，弹性模量为450GPa～480GPa，断裂韧性为2.8MPa·m1/2～3.3MPa·m1/2。三、本发明步骤五中利用挤出机制备出不规则的、异形的或结构复杂的陶瓷坯体，因此本发明可以制备不规则的、异形的或结构复杂的碳化硼陶瓷。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式是一种湿法成型原位反应烧结制备碳化硼陶瓷的方法，具体是按以下步骤完成的：
一、称取原料：按质量分数称取80％～90％的碳化硼粉体、7％～14％的三氧化二硼和3％～8％的炭黑作为原料；
二、配制浆料：以去离子水为分散介质，先加入粘结剂和分散剂，再加入步骤一称取的原料，得到初始浆料，所述初始浆料的固含量为30wt％～60wt％；所述步骤一称取原料的总质量与粘结剂的质量的比为100:(1～2)；所述步骤一称取原料的总质量与分散剂的质量的比为100:(1～2)；
三、研磨混合：使用砂磨机将初始浆料研磨5h～10h，得到混匀后浆料；所述混匀后浆料中碳化硼的粒径为10nm～100nm；然后将混匀后浆料加入搅拌机中，搅拌至得到球状颗粒料泥，且球状颗粒料泥的含水率为10％±0.5％；
四、压滤陈腐：使用压滤机将球状颗粒料泥过滤压制成块状，陈腐22h～28h，得到陈腐后泥料；
五、制坯：将陈腐后泥料使用挤出机挤出成型，然后置于干燥间内，采用水蒸汽调控干燥间内的温度和湿度进行梯度温度和梯度湿度干燥，得到碳化硼陶瓷预制坯体；
六、烧结：将碳化硼陶瓷预制坯体在真空气氛下以700℃～800℃温度条件下进行原位烧结，保温30min～60min，升温至2000℃～2300℃，在真空气氛下以2000℃～2300℃温度条件下进行常压烧结，保温60min～90min，降温至室温，得到碳化硼陶瓷。
原理：本实施方式以碳化硼、三氧化二硼和炭黑为原料，通过研磨得到碳化硼的超细颗粒，通过控制碳化硼粉体粒径大小调控碳化硼粉体的微观结构，使碳化硼粉体获得较高比表面积，具有较高的表面能，获得良好的烧结活性，烧结的驱动力是通过减小比表面积从而使整个体系的总表面能减少，高表面能的粉体容易触发低温烧结实现致密化，采用高活性的超细碳化硼粉体为原料来制备碳化硼陶瓷降低烧结温度、提高致密度。通过搅拌机高速搅拌挥发浆料中多余水分，制成含水率在10±0.5％的球形颗粒泥料，保证了泥料的可塑性及成型性，然后压滤陈腐使泥料的各组分保持一致性，挤出机成型是真空度和挤出压力保证了陶瓷坯体的致密度，然后在干燥间内经过长时间的缓慢干燥，使陶瓷坯体收缩致密化，最后通过两步烧结法，第一步在低温区利用三氧化二硼和炭黑的碳热还原原位反应烧结进一步收缩烧结，生成超细纳米碳化硼颗粒，第二步在高温区高温烧结，第一步原位反应生成的超细纳米碳化硼具有超强的烧结活性，既可以降低高温烧结温度和促使体系快速烧结，又能够填充到碳化硼陶瓷孔隙中，促进体系进一步致密，实现致密化，最后在常压真空条件下高温烧结得到致密度高的碳化硼陶瓷材料。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤一中所述碳化硼粉体的粒径为1μm～2μm，且碳化硼粉体的纯度＞99％；所述三氧化二硼粉体的粒径为1μm～2μm，且三氧化二硼粉体的纯度＞99％。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：步骤二中所述的粘结剂为聚乙烯醇类粘结剂，粘结剂的灼烧残余＜0.5％；所述分散剂为聚乙烯醇酯类分散剂，分散剂的灼烧残余＜0.1％。其他与具体实施方式一或二相同。
本实施方式所述的聚乙烯醇类粘结剂为聚乙烯醇粘结剂；所述的聚乙烯醇酯类分散剂为聚乙烯醇酯分散剂。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：步骤二中以去离子水为分散介质，先加入粘结剂和分散剂，至粘结剂和分散剂完全溶于分散介质中，再加入原料，得到初始浆料。其他与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：步骤二中以去离子水为分散介质，先加入粘结剂和分散剂，至粘结剂和分散剂完全溶于分散介质中，得到混合溶液，将混合溶液加入砂磨机中，再加入原料，以转速为1000rpm的速度砂磨10min，得到初始浆料。其他与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：步骤三中向初始浆料中加入碳化硼磨介，再以转速为1000rpm～3000rpm砂磨5h～10h，得到混匀后浆料；所述碳化硼磨介的粒径为0.2mm～0.5mm，且碳化硼磨介与初始浆料中碳化硼的质量比为(5～8):1；所述混匀后浆料的粘度为1cP～500cP；然后将混匀后浆料加入搅拌机中进行分阶段搅拌，且惰性气体保护下完成搅拌，第一阶段：先以顺时针转速为350rpm搅拌30min，再以顺时针转速为750rpm搅拌至颗粒料泥的含水率为20.5％～22％为止；第二阶段：先以逆时针转速为350rpm搅拌10min，再以逆时针转速为750rpm搅拌至颗粒料泥的含水率为12.5％～15％为止；第三阶段：先以逆时针转速为350rpm搅拌10min，再以逆时针转速为750rpm搅拌至颗粒料泥的含水率为10.6％～12.4％为止；第四阶段：以顺时针转速为750rpm搅拌至颗粒料泥的含水率为10％±0.5％为止，得到球状颗粒料泥。其他与具体实施方式一至五相同。
本实施方式采用碳化硼研磨介质，研磨阶段不引入其他杂质物。
本实施方式所述惰性气体为氩气。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：步骤四中所述压滤机的筛网为100目～200目；陈腐时温度为25±2℃，湿度为70±5％。其他与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：步骤五中所述挤出机配有真空泵，挤出时真空度为5kPa～10kPa，挤出压力为20MPa～50MPa；采用水蒸汽调控干燥间内的温度和湿度进行梯度温度和梯度湿度干燥，先在温度为30±5℃和湿度为80％±5％下干燥20h～25h；将干燥间内的湿度调至75％±5％，并在温度为30±5℃和湿度为75％±5％下干燥20h～25h；将干燥间内的温度调至35±5℃，并在温度为35±5℃和湿度为75％±5％下干燥20h～25h；将干燥间内的温度调至40±5℃，且湿度调至65％±5％，并在温度为40±5℃和湿度为65％±5％下干燥20h～25h；将干燥间内的温度调至45±5℃，并在温度为45±5℃和湿度为65％±5％下干燥20h～25h；将干燥间内的温度调至50±5℃，且湿度调至55％±5％，并在温度为50±5℃和湿度为55％±5％下干燥20h～25h；将干燥间内的温度调至60±5℃，且湿度调至45％±5％，并在温度为60±5℃和湿度为45％±5％下干燥20h～25h；将干燥间内的温度调至70±5℃，且湿度调至35％±5％，并在温度为70±5℃和湿度为35％±5％下干燥20h～25h；将干燥间内的温度调至80±5℃，且湿度调至20％±5％，并在温度为80±5℃和湿度为20％±5％下干燥20h～25h，得到碳化硼陶瓷预制坯体。其他与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同点是：步骤六中将碳化硼陶瓷预制坯体放入真空烧结炉真中，在真空度为5Pa～50Pa下以升温速率为10℃/min～20℃/min升温至700℃～800℃，并在温度为700℃～800℃和真空度为5Pa～50Pa下原位烧结30min～60min。其他与具体实施方式一至八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同点是：步骤六中在真空度为5Pa～50Pa下以升温速率为5℃/min～25℃/min升温至2000℃～2300℃，并在温度为2000℃～2300℃和真空度为5Pa～50Pa下进行常压烧结，保温60min～90min，再以降温速率为5℃/min～25℃/min降温至室温，得到碳化硼陶瓷。其他与具体实施方式一至九相同。
采用下述试验验证本发明效果
实施例1：一种湿法成型原位反应烧结制备碳化硼陶瓷的方法，具体是按以下步骤完成的：
一、称取原料：称取500kg的碳化硼粉体、80kg的三氧化二硼和42kg的炭黑作为原料；所述碳化硼粉体的粒径为1μm～2μm，且碳化硼粉体的纯度＞99％；所述三氧化二硼粉体的粒径为1μm～2μm，且三氧化二硼粉体的纯度＞99％；
二、配制浆料：以0.8m3的去离子水为分散介质，先加入8L聚乙烯醇酯分散剂和8L聚乙烯醇粘结剂，至聚乙烯醇酯分散剂和聚乙烯醇粘结剂完全溶于分散介质中，得到混合溶液，将混合溶液加入砂磨机中，再加入500kg的碳化硼粉体、80kg的三氧化二硼和42kg的炭黑，以转速为1000rpm的速度砂磨10min，得到初始浆料；
三、研磨混合：向初始浆料中加入2000kg碳化硼磨介，再以转速为3000rpm砂磨5h，得到混匀后浆料，使用激光粒度仪测得混匀后浆料中碳化硼的粒径D90为96nm，常温下测得混匀后浆料粘度为200cP；所述碳化硼磨介的粒径为0.5mm；然后将混匀后浆料加入搅拌机中进行分阶段搅拌，且氩气保护下完成搅拌，第一阶段：先以顺时针转速为350rpm搅拌30min，再以顺时针转速为750rpm搅拌50min，得到含水率为21.5％的颗粒料泥；第二阶段：先以逆时针转速为350rpm搅拌10min，再以逆时针转速为750rpm搅拌20min，得到含水率为13.5％的颗粒料泥；第三阶段：先以逆时针转速为350rpm搅拌10min，再以逆时针转速为750rpm搅拌10min，得到含水率为11.5％的颗粒料泥；第四阶段：以顺时针转速为750rpm搅拌5min，得到球状颗粒料泥；所述球状颗粒料泥的含水率为10.31％；
四、压滤陈腐：使用压滤机将球状颗粒料泥过滤180目筛网，压制成泥砖，并在温度为25℃和湿度为70％条件下陈腐24h，得到陈腐后泥料；
五、制坯：将陈腐后泥料使用配有真空泵的挤出机挤出成型，挤出时真空度为6kPa，挤出压力为30MPa，然后置于干燥间内，采用水蒸汽调控干燥间内的温度和湿度进行梯度温度和梯度湿度干燥，先在温度为30±5℃和湿度为80％±5％下干燥24h；将干燥间内的湿度调至75％±5％，并在温度为30±5℃和湿度为75％±5％下干燥24h；将干燥间内的温度调至35±5℃，并在温度为35±5℃和湿度为75％±5％下干燥24h；将干燥间内的温度调至40±5℃，且湿度调至65％±5％，并在温度为40±5℃和湿度为65％±5％下干燥24h；将干燥间内的温度调至45±5℃，并在温度为45±5℃和湿度为65％±5％下干燥24h；将干燥间内的温度调至50±5℃，且湿度调至55％±5％，并在温度为50±5℃和湿度为55％±5％下干燥24h；将干燥间内的温度调至60±5℃，且湿度调至45％±5％，并在温度为60±5℃和湿度为45％±5％下干燥24h；将干燥间内的温度调至70±5℃，且湿度调至35％±5％，并在温度为70±5℃和湿度为35％±5％下干燥24h；将干燥间内的温度调至80±5℃，且湿度调至20％±5％，并在温度为80±5℃和湿度为20％±5％下干燥24h，得到碳化硼陶瓷预制坯体；
六、烧结：将碳化硼陶瓷预制坯体放入真空烧结炉真中，在真空度为10Pa下以升温速率为15℃/min升温至800℃，并在温度为800℃和真空度为10Pa下原位烧结30min，三氧化二硼和炭黑的碳热还原原位反应烧结生成超细纳米碳化硼颗粒；在真空度为10Pa下以升温速率为20℃/min升温至2100℃，并在温度为2100℃和真空度为10Pa下进行常压烧结，保温80min，再以降温速率为25℃/min降温至室温，得到碳化硼陶瓷。
对本实施例得到的碳化硼陶瓷进行检测，可知实施例1得到碳化硼陶瓷的密度为2.48g/cm3；抗弯强度为440MPa；硬度为34GPa，弹性模量为460GPa，断裂韧性为3.0MPa·m1 /2。
实施例2：一种湿法成型原位反应烧结制备碳化硼陶瓷的方法，具体是按以下步骤完成的：
一、称取原料：称取600kg的碳化硼粉体、100kg的三氧化二硼和52kg的炭黑作为原料；所述碳化硼粉体的粒径为1μm～2μm，且碳化硼粉体的纯度＞99％；所述三氧化二硼粉体的粒径为1μm～2μm，且三氧化二硼粉体的纯度＞99％；
二、配制浆料：以1m3的去离子水为分散介质，先加入12L聚乙烯醇酯分散剂和10L聚乙烯醇粘结剂，至聚乙烯醇酯分散剂和聚乙烯醇粘结剂完全溶于分散介质中，得到混合溶液，将混合溶液加入砂磨机中，再加入600kg的碳化硼粉体、100kg的三氧化二硼和52kg的炭黑，以转速为1000rpm的速度砂磨10min，得到初始浆料；
三、研磨混合：向初始浆料中加入2000kg碳化硼磨介，再以转速为3000rpm砂磨8h，得到混匀后浆料，使用激光粒度仪测得混匀后浆料中碳化硼的粒径D90为88nm，常温下测得混匀后浆料粘度为310cP；所述碳化硼磨介的粒径为0.2mm；然后将混匀后浆料加入搅拌机中进行分阶段搅拌，且氩气保护下完成搅拌，第一阶段：先以顺时针转速为350rpm搅拌30min，再以顺时针转速为750rpm搅拌50min，得到含水率为21.4％的颗粒料泥；第二阶段：先以逆时针转速为350rpm搅拌10min，再以逆时针转速为750rpm搅拌20min，得到含水率为13.2％的颗粒料泥；第三阶段：先以逆时针转速为350rpm搅拌10min，再以逆时针转速为750rpm搅拌10min，得到含水率为11.1％的颗粒料泥；第四阶段：以顺时针转速为750rpm搅拌5min，得到球状颗粒料泥；所述球状颗粒料泥的含水率为10.21％；
四、压滤陈腐：使用压滤机将球状颗粒料泥过滤120目筛网，压制成泥砖，并在温度为25℃和湿度为70％条件下陈腐24h，得到陈腐后泥料；
五、制坯：将陈腐后泥料使用配有真空泵的挤出机挤出成型，挤出时真空度为5kPa，挤出压力为30MPa，然后置于干燥间内，采用水蒸汽调控干燥间内的温度和湿度进行梯度温度和梯度湿度干燥，先在温度为30±5℃和湿度为80％±5％下干燥24h；将干燥间内的湿度调至75％±5％，并在温度为30±5℃和湿度为75％±5％下干燥24h；将干燥间内的温度调至35±5℃，并在温度为35±5℃和湿度为75％±5％下干燥24h；将干燥间内的温度调至40±5℃，且湿度调至65％±5％，并在温度为40±5℃和湿度为65％±5％下干燥24h；将干燥间内的温度调至45±5℃，并在温度为45±5℃和湿度为65％±5％下干燥24h；将干燥间内的温度调至50±5℃，且湿度调至55％±5％，并在温度为50±5℃和湿度为55％±5％下干燥24h；将干燥间内的温度调至60±5℃，且湿度调至45％±5％，并在温度为60±5℃和湿度为45％±5％下干燥24h；将干燥间内的温度调至70±5℃，且湿度调至35％±5％，并在温度为70±5℃和湿度为35％±5％下干燥24h；将干燥间内的温度调至80±5℃，且湿度调至20％±5％，并在温度为80±5℃和湿度为20％±5％下干燥24h，得到碳化硼陶瓷预制坯体；
六、烧结：将碳化硼陶瓷预制坯体放入真空烧结炉真中，在真空度为10Pa下以升温速率为15℃/min升温至800℃，并在温度为800℃和真空度为10Pa下原位烧结50min，三氧化二硼和炭黑的碳热还原原位反应烧结生成超细纳米碳化硼颗粒；在真空度为10Pa下以升温速率为20℃/min升温至2100℃，并在温度为2100℃和真空度为10Pa下进行常压烧结)，保温90min，再以降温速率为25℃/min降温至室温，得到碳化硼陶瓷。
对本实施例得到的碳化硼陶瓷进行检测，可知实施例2得到碳化硼陶瓷的密度为2.49g/cm3；抗弯强度为440MPa；硬度为35GPa，弹性模量为480GPa，断裂韧性为3.2MPa·m1 /2。
实施例3：一种湿法成型原位反应烧结制备碳化硼陶瓷的方法，具体是按以下步骤完成的：
一、称取原料：称取500kg的碳化硼粉体、88kg的三氧化二硼和45kg的炭黑作为原料；所述碳化硼粉体的粒径为1μm～2μm，且碳化硼粉体的纯度＞99％；所述三氧化二硼粉体的粒径为1μm～2μm，且三氧化二硼粉体的纯度＞99％；
二、配制浆料：以0.8m3的去离子水为分散介质，先加入10L聚乙烯醇酯分散剂和8L聚乙烯醇粘结剂，至聚乙烯醇酯分散剂和聚乙烯醇粘结剂完全溶于分散介质中，得到混合溶液，将混合溶液加入砂磨机中，再加入500kg的碳化硼粉体、88kg的三氧化二硼和45kg的炭黑，以转速为1000rpm的速度砂磨10min，得到初始浆料；
三、研磨混合：向初始浆料中加入2000kg碳化硼磨介，再以转速为3000rpm砂磨6h，得到混匀后浆料，使用激光粒度仪测得混匀后浆料中碳化硼的粒径D90为92nm，常温下测得混匀后浆料粘度为180cP；所述碳化硼磨介的粒径为0.5mm；然后将混匀后浆料加入搅拌机中进行分阶段搅拌，且氩气保护下完成搅拌，第一阶段：先以顺时针转速为350rpm搅拌30min，再以顺时针转速为750rpm搅拌50min，得到含水率为21.1％的颗粒料泥；第二阶段：先以逆时针转速为350rpm搅拌10min，再以逆时针转速为750rpm搅拌20min，得到含水率为13.1％的颗粒料泥；第三阶段：先以逆时针转速为350rpm搅拌10min，再以逆时针转速为750rpm搅拌10min，得到含水率为10.9％的颗粒料泥；第四阶段：以顺时针转速为750rpm搅拌5min，得到球状颗粒料泥；所述球状颗粒料泥的含水率为9.93％；
四、压滤陈腐：使用压滤机将球状颗粒料泥过滤180目筛网，压制成泥砖，并在温度为25℃和湿度为75％条件下陈腐24h，得到陈腐后泥料；
五、制坯：将陈腐后泥料使用配有真空泵的挤出机挤出成型，挤出时真空度为6kPa，挤出压力为50MPa，然后置于干燥间内，采用水蒸汽调控干燥间内的温度和湿度进行梯度温度和梯度湿度干燥，先在温度为30±5℃和湿度为80％±5％下干燥24h；将干燥间内的湿度调至75％±5％，并在温度为30±5℃和湿度为75％±5％下干燥24h；将干燥间内的温度调至35±5℃，并在温度为35±5℃和湿度为75％±5％下干燥24h；将干燥间内的温度调至40±5℃，且湿度调至65％±5％，并在温度为40±5℃和湿度为65％±5％下干燥24h；将干燥间内的温度调至45±5℃，并在温度为45±5℃和湿度为65％±5％下干燥24h；将干燥间内的温度调至50±5℃，且湿度调至55％±5％，并在温度为50±5℃和湿度为55％±5％下干燥24h；将干燥间内的温度调至60±5℃，且湿度调至45％±5％，并在温度为60±5℃和湿度为45％±5％下干燥24h；将干燥间内的温度调至70±5℃，且湿度调至35％±5％，并在温度为70±5℃和湿度为35％±5％下干燥24h；将干燥间内的温度调至80±5℃，且湿度调至20％±5％，并在温度为80±5℃和湿度为20％±5％下干燥24h，得到碳化硼陶瓷预制坯体；
六、烧结：将碳化硼陶瓷预制坯体放入真空烧结炉真中，在真空度为10Pa下以升温速率为15℃/min升温至750℃，并在温度为750℃和真空度为10Pa下原位烧结40min，三氧化二硼和炭黑的碳热还原原位反应烧结生成超细纳米碳化硼颗粒；在真空度为10Pa下以升温速率为20℃/min升温至2300℃，并在温度为2300℃和真空度为10Pa下进行常压烧结，保温60min，再以降温速率为25℃/min降温至室温，得到碳化硼陶瓷。
对本实施例得到的碳化硼陶瓷进行检测，可知实施例3得到碳化硼陶瓷的密度为2.47g/cm3；抗弯强度为430MPa；硬度为34GPa，弹性模量为450GPa，断裂韧性为2.8MPa·m1 /2。
实施例4：一种湿法成型原位反应烧结制备碳化硼陶瓷的方法，具体是按以下步骤完成的：
一、称取原料：称取550kg的碳化硼粉体、90kg的三氧化二硼和46kg的炭黑作为原料；所述碳化硼粉体的粒径为1μm～2μm，且碳化硼粉体的纯度＞99％；所述三氧化二硼粉体的粒径为1μm～2μm，且三氧化二硼粉体的纯度＞99％；
二、配制浆料：以0.9m3的去离子水为分散介质，先加入10L聚乙烯醇酯分散剂和9L聚乙烯醇粘结剂，至聚乙烯醇酯分散剂和聚乙烯醇粘结剂完全溶于分散介质中，得到混合溶液，将混合溶液加入砂磨机中，再加入550kg的碳化硼粉体、90kg的三氧化二硼和46kg的炭黑，以转速为1000rpm的速度砂磨10min，得到初始浆料；
三、研磨混合：向初始浆料中加入2000kg碳化硼磨介，再以转速为3000rpm砂磨5h，得到混匀后浆料，使用激光粒度仪测得混匀后浆料中碳化硼的粒径D90为98nm，常温下测得混匀后浆料粘度为205cP；所述碳化硼磨介的粒径为0.5mm；然后将混匀后浆料加入搅拌机中进行分阶段搅拌，且氩气保护下完成搅拌，第一阶段：先以顺时针转速为350rpm搅拌30min，再以顺时针转速为750rpm搅拌50min，得到含水率为21.6％的颗粒料泥；第二阶段：先以逆时针转速为350rpm搅拌10min，再以逆时针转速为750rpm搅拌20min，得到含水率为13.7％的颗粒料泥；第三阶段：先以逆时针转速为350rpm搅拌10min，再以逆时针转速为750rpm搅拌10min，得到含水率为11.6％的颗粒料泥；第四阶段：以顺时针转速为750rpm搅拌5min，得到球状颗粒料泥；所述球状颗粒料泥的含水率为10.34％；
四、压滤陈腐：使用压滤机将球状颗粒料泥过滤100目筛网，压制成泥砖，并在温度为25℃和湿度为70％条件下陈腐24h，得到陈腐后泥料；
五、制坯：将陈腐后泥料使用配有真空泵的挤出机挤出成型，挤出时真空度为8kPa，挤出压力为40MPa，然后置于干燥间内，采用水蒸汽调控干燥间内的温度和湿度进行梯度温度和梯度湿度干燥，先在温度为30±5℃和湿度为80％±5％下干燥24h；将干燥间内的湿度调至75％±5％，并在温度为30±5℃和湿度为75％±5％下干燥24h；将干燥间内的温度调至35±5℃，并在温度为35±5℃和湿度为75％±5％下干燥24h；将干燥间内的温度调至40±5℃，且湿度调至65％±5％，并在温度为40±5℃和湿度为65％±5％下干燥24h；将干燥间内的温度调至45±5℃，并在温度为45±5℃和湿度为65％±5％下干燥24h；将干燥间内的温度调至50±5℃，且湿度调至55％±5％，并在温度为50±5℃和湿度为55％±5％下干燥24h；将干燥间内的温度调至60±5℃，且湿度调至45％±5％，并在温度为60±5℃和湿度为45％±5％下干燥24h；将干燥间内的温度调至70±5℃，且湿度调至35％±5％，并在温度为70±5℃和湿度为35％±5％下干燥24h；将干燥间内的温度调至80±5℃，且湿度调至20％±5％，并在温度为80±5℃和湿度为20％±5％下干燥24h，得到碳化硼陶瓷预制坯体；
六、烧结：将碳化硼陶瓷预制坯体放入真空烧结炉真中，在真空度为8Pa下以升温速率为15℃/min升温至800℃，并在温度为800℃和真空度为8Pa下原位烧结30min，三氧化二硼和炭黑的碳热还原原位反应烧结生成超细纳米碳化硼颗粒；在真空度为8Pa下以升温速率为20℃/min升温至2100℃，并在温度为2100℃和真空度为8Pa下进行常压烧结，保温60min，再以降温速率为25℃/min降温至室温，得到碳化硼陶瓷。
对本实施例得到的碳化硼陶瓷进行检测，可知实施例4得到碳化硼陶瓷的密度为2.46g/cm3；抗弯强度为440MPa；硬度为33GPa，弹性模量为450GPa，断裂韧性为2.8MPa·m1 /2。
实施例5：一种湿法成型原位反应烧结制备碳化硼陶瓷的方法，具体是按以下步骤完成的：
一、称取原料：称取500kg的碳化硼粉体、60kg的三氧化二硼和31kg的炭黑作为原料；所述碳化硼粉体的粒径为1μm～2μm，且碳化硼粉体的纯度＞99％；所述三氧化二硼粉体的粒径为1μm～2μm，且三氧化二硼粉体的纯度＞99％；
二、配制浆料：以0.8m3的去离子水为分散介质，先加入8L聚乙烯醇酯分散剂和8L聚乙烯醇粘结剂，至聚乙烯醇酯分散剂和聚乙烯醇粘结剂完全溶于分散介质中，得到混合溶液，将混合溶液加入砂磨机中，再加入500kg的碳化硼粉体、60kg的三氧化二硼和31kg的炭黑，以转速为1000rpm的速度砂磨10min，得到初始浆料；
三、研磨混合：向初始浆料中加入2000kg碳化硼磨介，再以转速为3000rpm砂磨5h，得到混匀后浆料，使用激光粒度仪测得混匀后浆料中碳化硼的粒径D90为86nm，常温下测得混匀后浆料粘度为156cP；所述碳化硼磨介的粒径为0.2mm；然后将混匀后浆料加入搅拌机中进行分阶段搅拌，且氩气保护下完成搅拌，第一阶段：先以顺时针转速为350rpm搅拌30min，再以顺时针转速为750rpm搅拌50min，得到含水率为21.4％的颗粒料泥；第二阶段：先以逆时针转速为350rpm搅拌10min，再以逆时针转速为750rpm搅拌20min，得到含水率为13.5％的颗粒料泥；第三阶段：先以逆时针转速为350rpm搅拌10min，再以逆时针转速为750rpm搅拌10min，得到含水率为11.3％的颗粒料泥；第四阶段：以顺时针转速为750rpm搅拌5min，得到球状颗粒料泥；所述球状颗粒料泥的含水率为10.31％；
四、压滤陈腐：使用压滤机将球状颗粒料泥过滤180目筛网，压制成泥砖，并在温度为25℃和湿度为70％条件下陈腐24h，得到陈腐后泥料；
五、制坯：将陈腐后泥料使用配有真空泵的挤出机挤出成型，挤出时真空度为6kPa，挤出压力为30MPa，然后置于干燥间内，采用水蒸汽调控干燥间内的温度和湿度进行梯度温度和梯度湿度干燥，先在温度为30±5℃和湿度为80％±5％下干燥24h；将干燥间内的湿度调至75％±5％，并在温度为30±5℃和湿度为75％±5％下干燥24h；将干燥间内的温度调至35±5℃，并在温度为35±5℃和湿度为75％±5％下干燥24h；将干燥间内的温度调至40±5℃，且湿度调至65％±5％，并在温度为40±5℃和湿度为65％±5％下干燥24h；将干燥间内的温度调至45±5℃，并在温度为45±5℃和湿度为65％±5％下干燥24h；将干燥间内的温度调至50±5℃，且湿度调至55％±5％，并在温度为50±5℃和湿度为55％±5％下干燥24h；将干燥间内的温度调至60±5℃，且湿度调至45％±5％，并在温度为60±5℃和湿度为45％±5％下干燥24h；将干燥间内的温度调至70±5℃，且湿度调至35％±5％，并在温度为70±5℃和湿度为35％±5％下干燥24h；将干燥间内的温度调至80±5℃，且湿度调至20％±5％，并在温度为80±5℃和湿度为20％±5％下干燥24h，得到碳化硼陶瓷预制坯体；
六、烧结：将碳化硼陶瓷预制坯体放入真空烧结炉真中，在真空度为10Pa下以升温速率为15℃/min升温至800℃，并在温度为800℃和真空度为10Pa下原位烧结50min，三氧化二硼和炭黑的碳热还原原位反应烧结生成超细纳米碳化硼颗粒；在真空度为10Pa下以升温速率为20℃/min升温至2200℃，并在温度为2200℃和真空度为10Pa下进行常压烧结，保温90min，再以降温速率为25℃/min降温至室温，得到碳化硼陶瓷。
对本实施例得到的碳化硼陶瓷进行检测，可知实施例5得到碳化硼陶瓷的密度为2.50g/cm3；抗弯强度为440MPa；硬度为35GPa，弹性模量为480GPa，断裂韧性为3.3MPa·m1 /2。
实施例6：一种湿法成型原位反应烧结制备碳化硼陶瓷的方法，具体是按以下步骤完成的：
一、称取原料：称取600kg的碳化硼粉体、80kg的三氧化二硼和42kg的炭黑作为原料；所述碳化硼粉体的粒径为1μm～2μm，且碳化硼粉体的纯度＞99％；所述三氧化二硼粉体的粒径为1μm～2μm，且三氧化二硼粉体的纯度＞99％；
二、配制浆料：以0.8m3的去离子水为分散介质，先加入10L聚乙烯醇酯分散剂和10L聚乙烯醇粘结剂，至聚乙烯醇酯分散剂和聚乙烯醇粘结剂完全溶于分散介质中，得到混合溶液，将混合溶液加入砂磨机中，再加入600kg的碳化硼粉体、80kg的三氧化二硼和42kg的炭黑，以转速为1000rpm的速度砂磨10min，得到初始浆料；
三、研磨混合：向初始浆料中加入2000kg碳化硼磨介，再以转速为3000rpm砂磨5h，得到混匀后浆料，使用激光粒度仪测得混匀后浆料中碳化硼的粒径D90为98nm，常温下测得混匀后浆料粘度为361cP；所述碳化硼磨介的粒径为0.5mm；然后将混匀后浆料加入搅拌机中进行分阶段搅拌，且氩气保护下完成搅拌，第一阶段：先以顺时针转速为350rpm搅拌30min，再以顺时针转速为750rpm搅拌50min，得到含水率为21.8％的颗粒料泥；第二阶段：先以逆时针转速为350rpm搅拌10min，再以逆时针转速为750rpm搅拌20min，得到含水率为13.9％的颗粒料泥；第三阶段：先以逆时针转速为350rpm搅拌10min，再以逆时针转速为750rpm搅拌10min，得到含水率为11.8％的颗粒料泥；第四阶段：以顺时针转速为750rpm搅拌5min，得到球状颗粒料泥；所述球状颗粒料泥的含水率为10.42％；
四、压滤陈腐：使用压滤机将球状颗粒料泥过滤120目筛网，压制成泥砖，并在温度为25℃和湿度为70％条件下陈腐24h，得到陈腐后泥料；
五、制坯：将陈腐后泥料使用配有真空泵的挤出机挤出成型，挤出时真空度为6kPa，挤出压力为30MPa，然后置于干燥间内，采用水蒸汽调控干燥间内的温度和湿度进行梯度温度和梯度湿度干燥，先在温度为30±5℃和湿度为80％±5％下干燥24h；将干燥间内的湿度调至75％±5％，并在温度为30±5℃和湿度为75％±5％下干燥24h；将干燥间内的温度调至35±5℃，并在温度为35±5℃和湿度为75％±5％下干燥24h；将干燥间内的温度调至40±5℃，且湿度调至65％±5％，并在温度为40±5℃和湿度为65％±5％下干燥24h；将干燥间内的温度调至45±5℃，并在温度为45±5℃和湿度为65％±5％下干燥24h；将干燥间内的温度调至50±5℃，且湿度调至55％±5％，并在温度为50±5℃和湿度为55％±5％下干燥24h；将干燥间内的温度调至60±5℃，且湿度调至45％±5％，并在温度为60±5℃和湿度为45％±5％下干燥24h；将干燥间内的温度调至70±5℃，且湿度调至35％±5％，并在温度为70±5℃和湿度为35％±5％下干燥24h；将干燥间内的温度调至80±5℃，且湿度调至20％±5％，并在温度为80±5℃和湿度为20％±5％下干燥24h，得到碳化硼陶瓷预制坯体；
六、烧结：将碳化硼陶瓷预制坯体放入真空烧结炉真中，在真空度为10Pa下以升温速率为15℃/min升温至800℃，并在温度为800℃和真空度为10Pa下原位烧结30min，三氧化二硼和炭黑的碳热还原原位反应烧结生成超细纳米碳化硼颗粒；在真空度为10Pa下以升温速率为20℃/min升温至2000℃，并在温度为2000℃和真空度为10Pa下进行常压烧结，保温80min，再以降温速率为25℃/min降温至室温，得到碳化硼陶瓷。
对本实施例得到的碳化硼陶瓷进行检测，可知实施例6得到碳化硼陶瓷的密度为2.47g/cm3；抗弯强度为440MPa；硬度为34GPa，弹性模量为470GPa，断裂韧性为3.2MPa·m1 /2。
实施例7：一种湿法成型原位反应烧结制备碳化硼陶瓷的方法，具体是按以下步骤完成的：
一、称取原料：称取500kg的碳化硼粉体、90kg的三氧化二硼和46kg的炭黑作为原料；所述碳化硼粉体的粒径为1μm～2μm，且碳化硼粉体的纯度＞99％；所述三氧化二硼粉体的粒径为1μm～2μm，且三氧化二硼粉体的纯度＞99％；
二、配制浆料：以0.8m3的去离子水为分散介质，先加入8L聚乙烯醇酯分散剂和8L聚乙烯醇粘结剂，至聚乙烯醇酯分散剂和聚乙烯醇粘结剂完全溶于分散介质中，得到混合溶液，将混合溶液加入砂磨机中，再加入500kg的碳化硼粉体、90kg的三氧化二硼和46kg的炭黑，以转速为1000rpm的速度砂磨10min，得到初始浆料；
三、研磨混合：向初始浆料中加入2000kg碳化硼磨介，再以转速为3000rpm砂磨5h，得到混匀后浆料，使用激光粒度仪测得混匀后浆料中碳化硼的粒径D90为95nm，常温下测得混匀后浆料粘度为321cP；所述碳化硼磨介的粒径为0.2mm；然后将混匀后浆料加入搅拌机中进行分阶段搅拌，且氩气保护下完成搅拌，第一阶段：先以顺时针转速为350rpm搅拌30min，再以顺时针转速为750rpm搅拌50min，得到含水率为21.6％的颗粒料泥；第二阶段：先以逆时针转速为350rpm搅拌10min，再以逆时针转速为750rpm搅拌20min，得到含水率为13.8％的颗粒料泥；第三阶段：先以逆时针转速为350rpm搅拌10min，再以逆时针转速为750rpm搅拌10min，得到含水率为11.7％的颗粒料泥；第四阶段：以顺时针转速为750rpm搅拌5min，得到球状颗粒料泥；所述球状颗粒料泥的含水率为10.41％；
四、压滤陈腐：使用压滤机将球状颗粒料泥过滤120目筛网，压制成泥砖，并在温度为25℃和湿度为70％条件下陈腐24h，得到陈腐后泥料；
五、制坯：将陈腐后泥料使用配有真空泵的挤出机挤出成型，挤出时真空度为5kPa，挤出压力为50MPa，然后置于干燥间内，采用水蒸汽调控干燥间内的温度和湿度进行梯度温度和梯度湿度干燥，先在温度为30±5℃和湿度为80％±5％下干燥24h；将干燥间内的湿度调至75％±5％，并在温度为30±5℃和湿度为75％±5％下干燥24h；将干燥间内的温度调至35±5℃，并在温度为35±5℃和湿度为75％±5％下干燥24h；将干燥间内的温度调至40±5℃，且湿度调至65％±5％，并在温度为40±5℃和湿度为65％±5％下干燥24h；将干燥间内的温度调至45±5℃，并在温度为45±5℃和湿度为65％±5％下干燥24h；将干燥间内的温度调至50±5℃，且湿度调至55％±5％，并在温度为50±5℃和湿度为55％±5％下干燥24h；将干燥间内的温度调至60±5℃，且湿度调至45％±5％，并在温度为60±5℃和湿度为45％±5％下干燥24h；将干燥间内的温度调至70±5℃，且湿度调至35％±5％，并在温度为70±5℃和湿度为35％±5％下干燥24h；将干燥间内的温度调至80±5℃，且湿度调至20％±5％，并在温度为80±5℃和湿度为20％±5％下干燥24h，得到碳化硼陶瓷预制坯体；
六、烧结：将碳化硼陶瓷预制坯体放入真空烧结炉真中，在真空度为10Pa下以升温速率为15℃/min升温至800℃，并在温度为800℃和真空度为10Pa下原位烧结60min，三氧化二硼和炭黑的碳热还原原位反应烧结生成超细纳米碳化硼颗粒；在真空度为10Pa下以升温速率为20℃/min升温至2100℃，并在温度为2100℃和真空度为10Pa下进行常压烧结，保温60min，再以降温速率为25℃/min降温至室温，得到碳化硼陶瓷。
对本实施例得到的碳化硼陶瓷进行检测，可知实施例7得到碳化硼陶瓷的密度为2.48g/cm3；抗弯强度为440MPa；硬度为34GPa，弹性模量为460GPa，断裂韧性为3.2MPa·m1 /2。
实施例8：一种湿法成型原位反应烧结制备碳化硼陶瓷的方法，具体是按以下步骤完成的：
一、称取原料：称取550kg的碳化硼粉体、100kg的三氧化二硼和53kg的炭黑作为原料；所述碳化硼粉体的粒径为1μm～2μm，且碳化硼粉体的纯度＞99％；所述三氧化二硼粉体的粒径为1μm～2μm，且三氧化二硼粉体的纯度＞99％；
二、配制浆料：以1m3的去离子水为分散介质，先加入12L聚乙烯醇酯分散剂和11L聚乙烯醇粘结剂，至聚乙烯醇酯分散剂和聚乙烯醇粘结剂完全溶于分散介质中，得到混合溶液，将混合溶液加入砂磨机中，再加入550kg的碳化硼粉体、10kg的三氧化二硼和53kg的炭黑，以转速为1000rpm的速度砂磨10min，得到初始浆料；
三、研磨混合：向初始浆料中加入2000kg碳化硼磨介，再以转速为3000rpm砂磨5h，得到混匀后浆料，使用激光粒度仪测得混匀后浆料中碳化硼的粒径D90为96nm，常温下测得混匀后浆料粘度为120cP；所述碳化硼磨介的粒径为0.5mm；然后将混匀后浆料加入搅拌机中进行分阶段搅拌，且氩气保护下完成搅拌，第一阶段：先以顺时针转速为350rpm搅拌30min，再以顺时针转速为750rpm搅拌50min，得到含水率为21.6％的颗粒料泥；第二阶段：先以逆时针转速为350rpm搅拌10min，再以逆时针转速为750rpm搅拌20min，得到含水率为13.8％的颗粒料泥；第三阶段：先以逆时针转速为350rpm搅拌10min，再以逆时针转速为750rpm搅拌10min，得到含水率为11.7％的颗粒料泥；第四阶段：以顺时针转速为750rpm搅拌5min，得到球状颗粒料泥；所述球状颗粒料泥的含水率为10.41％；
四、压滤陈腐：使用压滤机将球状颗粒料泥过滤180目筛网，压制成泥砖，并在温度为25℃和湿度为70％条件下陈腐24h，得到陈腐后泥料；
五、制坯：将陈腐后泥料使用配有真空泵的挤出机挤出成型，挤出时真空度为6kPa，挤出压力为40MPa，然后置于干燥间内，采用水蒸汽调控干燥间内的温度和湿度进行梯度温度和梯度湿度干燥，先在温度为30±5℃和湿度为80％±5％下干燥24h；将干燥间内的湿度调至75％±5％，并在温度为30±5℃和湿度为75％±5％下干燥24h；将干燥间内的温度调至35±5℃，并在温度为35±5℃和湿度为75％±5％下干燥24h；将干燥间内的温度调至40±5℃，且湿度调至65％±5％，并在温度为40±5℃和湿度为65％±5％下干燥24h；将干燥间内的温度调至45±5℃，并在温度为45±5℃和湿度为65％±5％下干燥24h；将干燥间内的温度调至50±5℃，且湿度调至55％±5％，并在温度为50±5℃和湿度为55％±5％下干燥24h；将干燥间内的温度调至60±5℃，且湿度调至45％±5％，并在温度为60±5℃和湿度为45％±5％下干燥24h；将干燥间内的温度调至70±5℃，且湿度调至35％±5％，并在温度为70±5℃和湿度为35％±5％下干燥24h；将干燥间内的温度调至80±5℃，且湿度调至20％±5％，并在温度为80±5℃和湿度为20％±5％下干燥24h，得到碳化硼陶瓷预制坯体；
六、烧结：将碳化硼陶瓷预制坯体放入真空烧结炉真中，在真空度为10Pa下以升温速率为15℃/min升温至800℃，并在温度为800℃和真空度为10Pa下原位烧结50min，三氧化二硼和炭黑的碳热还原原位反应烧结生成超细纳米碳化硼颗粒；在真空度为10Pa下以升温速率为20℃/min升温至2300℃，并在温度为2300℃和真空度为10Pa下进行常压烧结，保温80min，再以降温速率为25℃/min降温至室温，得到碳化硼陶瓷。
对本实施例得到的碳化硼陶瓷进行检测，可知实施例8得到碳化硼陶瓷的密度为2.49g/cm3；抗弯强度为440MPa；硬度为34GPa，弹性模量为480GPa，断裂韧性为3.2MPa·m1 /2。
Claims (10)
1.一种湿法成型原位反应烧结制备碳化硼陶瓷的方法，其特征在于它是按以下步骤完成的：
一、称取原料：按质量分数称取80％～90％的碳化硼粉体、7％～14％的三氧化二硼粉体和3％～8％的炭黑作为原料；
二、配制浆料：以去离子水为分散介质，先加入粘结剂和分散剂，再加入步骤一称取的原料，得到初始浆料，所述初始浆料的固含量为30wt％～60wt％；所述步骤一称取原料的总质量与粘结剂的质量的比为100:(1～2)；所述步骤一称取原料的总质量与分散剂的质量的比为100:(1～2)；
三、研磨混合：使用砂磨机将初始浆料研磨5h～10h，得到混匀后浆料；所述混匀后浆料中碳化硼的粒径为10nm～100nm；然后将混匀后浆料加入搅拌机中，搅拌至得到球状颗粒料泥，且球状颗粒料泥的含水率为10％±0.5％；
四、压滤陈腐：使用压滤机将球状颗粒料泥过滤压制成块状，陈腐22h～28h，得到陈腐后泥料；
五、制坯：将陈腐后泥料使用挤出机挤出成型，然后置于干燥间内，采用水蒸汽调控干燥间内的温度和湿度进行梯度温度和梯度湿度干燥，得到碳化硼陶瓷预制坯体；
六、烧结：将碳化硼陶瓷预制坯体在真空气氛下以700℃～800℃温度条件下进行原位烧结，保温30min～60min，升温至2000℃～2300℃，在真空气氛下以2000℃～2300℃温度条件下进行常压烧结，保温60min～90min，降温至室温，得到碳化硼陶瓷。
2.根据权利要求1所述的，其特征在于步骤一中所述碳化硼粉体的粒径为1μm～2μm，且碳化硼粉体的纯度＞99％；所述三氧化二硼粉体的粒径为1μm～2μm，且三氧化二硼粉体的纯度＞99％。
3.根据权利要求1所述的一种湿法成型原位反应烧结制备碳化硼陶瓷的方法，其特征在于步骤二中所述的粘结剂为聚乙烯醇类粘结剂，粘结剂的灼烧残余＜0.5％；所述分散剂为聚乙烯醇酯类分散剂，分散剂的灼烧残余＜0.1％。
4.根据权利要求1所述的一种湿法成型原位反应烧结制备碳化硼陶瓷的方法，其特征在于步骤二中以去离子水为分散介质，先加入粘结剂和分散剂，至粘结剂和分散剂完全溶于分散介质中，再加入原料，得到初始浆料。
5.根据权利要求4所述的一种湿法成型原位反应烧结制备碳化硼陶瓷的方法，其特征在于步骤二中以去离子水为分散介质，先加入粘结剂和分散剂，至粘结剂和分散剂完全溶于分散介质中，得到混合溶液，将混合溶液加入砂磨机中，再加入原料，以转速为1000rpm的速度砂磨10min，得到初始浆料。
6.根据权利要求1、2、3或5所述的一种湿法成型原位反应烧结制备碳化硼陶瓷的方法，其特征在于步骤三中向初始浆料中加入碳化硼磨介，再以转速为1000rpm～3000rpm砂磨5h～10h，得到混匀后浆料；所述碳化硼磨介的粒径为0.2mm～0.5mm，且碳化硼磨介与初始浆料中碳化硼的质量比为(5～8):1；所述混匀后浆料的粘度为1cP～500cP；然后将混匀后浆料加入搅拌机中进行分阶段搅拌，且惰性气体保护下完成搅拌，第一阶段：先以顺时针转速为350rpm搅拌30min，再以顺时针转速为750rpm搅拌至颗粒料泥的含水率为20.5％～22％为止；第二阶段：先以逆时针转速为350rpm搅拌10min，再以逆时针转速为750rpm搅拌至颗粒料泥的含水率为12.5％～15％为止；第三阶段：先以逆时针转速为350rpm搅拌10min，再以逆时针转速为750rpm搅拌至颗粒料泥的含水率为10.6％～12.4％为止；第四阶段：以顺时针转速为750rpm搅拌至颗粒料泥的含水率为10％±0.5％为止，得到球状颗粒料泥。
7.根据权利要求6所述的一种湿法成型原位反应烧结制备碳化硼陶瓷的方法，其特征在于步骤四中所述压滤机的筛网为100目～200目；陈腐时温度为25±2℃，湿度为70±5％。
8.根据权利要求1或7所述的一种湿法成型原位反应烧结制备碳化硼陶瓷的方法，其特征在于步骤五中所述挤出机配有真空泵，挤出时真空度为5kPa～10kPa，挤出压力为20MPa～50MPa；采用水蒸汽调控干燥间内的温度和湿度进行梯度温度和梯度湿度干燥，先在温度为30±5℃和湿度为80％±5％下干燥20h～25h；将干燥间内的湿度调至75％±5％，并在温度为30±5℃和湿度为75％±5％下干燥20h～25h；将干燥间内的温度调至35±5℃，并在温度为35±5℃和湿度为75％±5％下干燥20h～25h；将干燥间内的温度调至40±5℃，且湿度调至65％±5％，并在温度为40±5℃和湿度为65％±5％下干燥20h～25h；将干燥间内的温度调至45±5℃，并在温度为45±5℃和湿度为65％±5％下干燥20h～25h；将干燥间内的温度调至50±5℃，且湿度调至55％±5％，并在温度为50±5℃和湿度为55％±5％下干燥20h～25h；将干燥间内的温度调至60±5℃，且湿度调至45％±5％，并在温度为60±5℃和湿度为45％±5％下干燥20h～25h；将干燥间内的温度调至70±5℃，且湿度调至35％±5％，并在温度为70±5℃和湿度为35％±5％下干燥20h～25h；将干燥间内的温度调至80±5℃，且湿度调至20％±5％，并在温度为80±5℃和湿度为20％±5％下干燥20h～25h，得到碳化硼陶瓷预制坯体。
9.根据权利要求1所述的一种湿法成型原位反应烧结制备碳化硼陶瓷的方法，其特征在于步骤六中将碳化硼陶瓷预制坯体放入真空烧结炉真中，在真空度为5Pa～50Pa下以升温速率为10℃/min～20℃/min升温至700℃～800℃，并在温度为700℃～800℃和真空度为5Pa～50Pa下原位烧结30min～60min。
10.根据权利要求1所述的一种湿法成型原位反应烧结制备碳化硼陶瓷的方法，其特征在于步骤六中在真空度为5Pa～50Pa下以升温速率为5℃/min～25℃/min升温至2000℃～2300℃，并在温度为2000℃～2300℃和真空度为5Pa～50Pa下进行常压烧结，保温60min～90min，再以降温速率为5℃/min～25℃/min降温至室温，得到碳化硼陶瓷。
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