CN108997016A - 一种高热导率硼化锆陶瓷及其制备方法和应用 - Google Patents

一种高热导率硼化锆陶瓷及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN108997016A
CN108997016A CN201810661783.6A CN201810661783A CN108997016A CN 108997016 A CN108997016 A CN 108997016A CN 201810661783 A CN201810661783 A CN 201810661783A CN 108997016 A CN108997016 A CN 108997016A
Authority
CN
China
Prior art keywords
zrb
zirconium boride
high heat
boride ceramic
rate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810661783.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108997016B (zh
Inventor
郭伟明
曾令勇
魏万鑫
林华泰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangdong University of Technology
Original Assignee
Guangdong University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangdong University of Technology filed Critical Guangdong University of Technology
Priority to CN201810661783.6A priority Critical patent/CN108997016B/zh
Publication of CN108997016A publication Critical patent/CN108997016A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108997016B publication Critical patent/CN108997016B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/5805—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on borides
    • C04B35/58064—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on borides based on refractory borides
    • C04B35/58078—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on borides based on refractory borides based on zirconium or hafnium borides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/34—Non-metal oxides, non-metal mixed oxides, or salts thereof that form the non-metal oxides upon heating, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3409—Boron oxide, borates, boric acids, or oxide forming salts thereof, e.g. borax
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/42—Non metallic elements added as constituents or additives, e.g. sulfur, phosphor, selenium or tellurium
    • C04B2235/421—Boron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/42—Non metallic elements added as constituents or additives, e.g. sulfur, phosphor, selenium or tellurium
    • C04B2235/422—Carbon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5445—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof submicron sized, i.e. from 0,1 to 1 micron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6562—Heating rate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6567—Treatment time
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/66—Specific sintering techniques, e.g. centrifugal sintering
    • C04B2235/661—Multi-step sintering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C04B2235/9607—Thermal properties, e.g. thermal expansion coefficient

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

本发明属于超高温陶瓷技术领域，公开了一种高热导率硼化锆陶瓷及其制备方法和应用，所述硼化锆陶瓷是以ZrB2为原料，B2O3为催化剂，添加B和C烧结助剂后混合，得到ZrB2‑B2O3‑B‑C混合粉体，再将该混合粉体过筛，在热压烧结制得。该方法具有工艺简单、成本低等优点，制备的ZrB2陶瓷具有高热导率，其相对密度大于95％，热导率大于100W/(m·k)，能够用于航空航天领域中，特别有望适用于高超声速飞行器的鼻锥和机翼前缘关键部位。

Description

一种高热导率硼化锆陶瓷及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于超高温陶瓷材料技术领域，更具体地，涉及一种高热导率硼化锆陶瓷(ZrB2)及其制备方法和应用。
背景技术
超高温陶瓷主要包括熔点＞3000℃的过渡金属硼化物、碳化物、氮化物及其相应的复相陶瓷，例如ZrB2、HfB2、ZrC、HfC、ZrB2-SiC、HfB2-SiC等，是重要的热防护结构材料。在超高温陶瓷家族中，ZrB2基超高温陶瓷具有高熔点、低密度、高强度等优异的特性。在航空航天、能源、机械等领域有着广泛的应用前景，特别在高超声速飞行器防护材料上具有很好的应用前景。然而其抗热性能还没有得到很好的解决，为了更好将高超声速飞行器热端的热量迅速扩散到冷端部位，要求防护材料具有更高的热导率。由于氧杂质、晶粒尺寸、致密度等因素的影响，现有技术制备的ZrB2多晶陶瓷的热导率在室温一般介于40～80W·m-1·K-1之间，限制了其在各领域的进一步应用。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，提供一种高热导率ZrB2陶瓷。
本发明的另一目的在于提供上述高热导率ZrB2陶瓷的制备方法。
本发明的再一目的在于提供上述高热导率ZrB2陶瓷的应用。
本发明的目的通过下述技术方案来实现：
一种高热导率硼化锆陶瓷，所述硼化锆陶瓷是以ZrB2为原料，B2O3为催化剂，添加B和C烧结助剂后混合，得到ZrB2-B2O3-B-C混合粉体，再将该混合粉体过筛，经热压烧结制得。
优选地，所述热压烧结的具体方法：在真空度＜20Pa下，施加30MPa的压力，升温至1000～1400℃，并保温Ⅰ，然后充入1atm的氩气，再升温至1800～2200℃，并保温Ⅱ，保温结束后降温至1200℃后随炉冷却。
优选地，所述升温的速率为5～30℃/min，所述保温Ⅰ的时间为1～4h，所述保温Ⅱ的时间为0.5～4h，所述降温的速率为10℃/min。
优选地，所述ZrB2：B2O3：B：C的质量比为(80～95)：(0～15)：(0.5～2)：(0.5～3)。
更为优选地，所述ZrB2：B2O3：B：C的质量比为85：10：2：3。
优选地，所述ZrB2粉的纯度为99～100％，粒径＜1μm；所述B2O3粉的纯度为99～100％，所述B粉的粒径＜0.5μm；C粉的粒径＜0.5μm。
所述的高热导率硼化锆陶瓷的制备方法，包括如下具体步骤：
S1.将ZrB2粉、B2O3，B和C烧结助剂，以乙醇为溶剂，ZrB2作为球磨介质进行球磨混合，经干燥后，得到ZrB2-B2O3-B-C混合粉体；
S2.将步骤S1中ZrB2-B2O3-B-C混合粉体过筛，放入石墨模具中，在真空度＜20Pa下，施加30MPa的压力，以5～30℃/min的速率升温至1000～1400℃，并保温1～4h；
S3.然后充入1atm的氩气，再以5～30℃/min速率升温至1800～2200℃，并保温0.5～4h，保温结束后以5～15℃/min的速率降温至1200℃后随炉冷却，制得硼化锆陶瓷。
优选地，步骤S2中所述升温的速率为10℃/min，所述升温的温度为1200℃，所述保温的时间为2h。
优选地，步骤S3中所述升温的速率为10℃/min，所述升温的温度为1950℃，所述保温的时间为2h。
所述的高热导率硼化锆陶瓷在航空航天领域中应用，特别有望适用于高超声速飞行器的鼻锥、机翼前缘等各种高温关键部位。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明制得的ZrB2陶瓷具有高热导率，其相对密度大于95％，热导率大于100W/(m·k)。能够在高超声飞行、大气层再入和火箭推进系统等极端环境下应用。
2.本发明中ZrB2的氧含量越低，晶粒尺寸越大，致密度越高，其热导率越高。B2O3能够促进ZrB2粒径的快速长大，以B2O3作为促进晶粒长大的催化剂，可以制备出晶粒尺寸大的ZrB2陶瓷；同时以B和C作为除氧烧结助剂，可以降低ZrB2陶瓷的氧含量，改善ZrB2陶瓷的致密度。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例1
1.制备：
(1)以ZrB2粉(纯度99％，粒径0.8μm)为原料，以B2O3(纯度99％，粒径1μm)作为促进晶粒长大的催化剂，以B粉(纯度99.9％，粒径0.3μm)和C粉(纯度99.9％，粒径0.33μm)作为除氧烧结助剂。按ZrB2：B2O3：B：C的质量比为85：10：2：3进行配料，以乙醇为溶剂，ZrB2球为球磨介质，在行星球磨机上以转速200r/min球磨混合4h，经混料、干燥后，得到ZrB2-B2O3-B-C混合粉体；
(2)将ZrB2-B2O3-B-C混合粉体放入石墨模具中，在真空度＜20Pa下，施加30MPa的压力，以10℃/min的速率升温至1200℃，并保温2h；
(3)然后充入1atm的氩气，再以10℃/min的速率升温至1950℃，并保温2h，保温结束后以5℃/min的速率降温至1200℃后随炉冷却，制得ZrB2陶瓷。
2.性能测试：上述所制得的ZrB2陶瓷的相对密度约为99％，热导率为113W·m-1·K-1。
实施例2
1.制备：
(1)以ZrB2粉(纯度99％，粒径0.8μm)为原料，以B2O3(纯度99％，粒径1μm)作为促进晶粒长大的催化剂，以B粉(纯度99.9％，粒径0.3μm)和C粉(纯度99.9％，粒径0.33μm)作为除氧烧结助剂。按ZrB2：B2O3：B：C的质量比为90：5：2：3进行配料，以乙醇为溶剂，ZrB2球为球磨介质，在行星球磨机上以转速200r/min球磨混合4h，经混料、干燥后，得到ZrB2-B2O3-B-C混合粉体；
(2)将ZrB2-B2O3-B-C混合粉体放入石墨模具中，在真空度＜20Pa下，施加30MPa的压力，以10℃/min的速率升温至1200℃，并保温2h；
(3)然后充入1atm的氩气，再以10℃/min的速率升温至1950℃，并保温2h，保温结束后以10℃/min的速率降温至1200℃后随炉冷却，制得ZrB2陶瓷。
2.性能测试：上述所制得的ZrB2陶瓷的相对密度约为98％，热导率为102W·m-1·K-1。
实施例3
1.制备：
(1)以ZrB2粉(纯度99％，粒径0.8μm)为原料，以B2O3(纯度99％，粒径1μm)作为促进晶粒长大的催化剂，以B粉(纯度99.9％，粒径0.3μm)和C粉(纯度99.9％，粒径0.33μm)作为除氧烧结助剂。按ZrB2：B2O3：B：C的质量比为85：10：2：3进行配料，以乙醇为溶剂，ZrB2球为球磨介质，在行星球磨机上以转速200r/min球磨混合4h，经混料、干燥后，得到ZrB2-B2O3-B-C混合粉体；
(2)将ZrB2-B2O3-B-C混合粉体放入石墨模具中，在真空度＜20Pa下，施加30MPa的压力，以10℃/min的速率升温至1100℃，并保温2h；
(3)然后充入1atm的氩气，再以10℃/min的速率升温至1850℃，并保温2h，保温结束后以10℃/min的速率降温至1200℃后随炉冷却，制得ZrB2陶瓷。
2.性能测试：上述所制得的ZrB2陶瓷的相对密度约为97％，热导率为103W·m-1·K-1。
实施例4
1.制备：
(1)以ZrB2粉(纯度99％，粒径0.8μm)为原料，以B2O3(纯度99％，粒径1μm)作为促进晶粒长大的催化剂，以B粉(纯度99.9％，粒径0.3μm)和C粉(纯度99.9％，粒径0.33μm)作为除氧烧结助剂。按ZrB2：B2O3：B：C的质量比为90：5：2：3进行配料，以乙醇为溶剂，ZrB2球为球磨介质，在行星球磨机上以转速200r/min球磨混合4h，经混料、干燥后，得到ZrB2-B2O3-B-C混合粉体；
(2)将ZrB2-B2O3-B-C混合粉体放入石墨模具中，在真空度＜20Pa下，施加30MPa的压力，以10℃/min的速率升温至1300℃，并保温2h；
(3)然后充入1atm的氩气，再以10℃/min的速率升温至2000℃，并保温2h，保温结束后以10℃/min的速率降温至1200℃后随炉冷却，制得ZrB2陶瓷。
2.性能测试：上述所制得的ZrB2陶瓷的相对密度约为98％，热导率为96W·m-1·K-1。
实施例5
1.制备：
(1)以ZrB2粉(纯度99％，粒径0.8μm)为原料，以B2O3(纯度99％，粒径1μm)作为促进晶粒长大的催化剂，以B粉(纯度99.9％，粒径0.3μm)和C粉(纯度99.9％，粒径0.33μm)作为除氧烧结助剂。按ZrB2：B2O3：B：C的质量比为80：15：2：3进行配料，以乙醇为溶剂，ZrB2球为球磨介质，在行星球磨机上以转速200r/min球磨混合4h，经混料、干燥后，得到ZrB2-B2O3-B-C混合粉体；
(2)将ZrB2-B2O3-B-C混合粉体放入石墨模具中，在真空度＜20Pa下，施加30MPa的压力，以10℃/min的速率将升温至1300℃，并保温1h；
(3)然后充入1atm的氩气，再以10℃/min的速率升温度至1950℃，并保温2h，保温结束后以15℃/min的速率降温至1200℃后随炉冷却，制得ZrB2陶瓷。
2.性能测试：上述所制得的ZrB2陶瓷的相对密度约为96％，热导率为90W·m-1·K-1。
实施例6
1.制备：
(1)以ZrB2粉(纯度99％，粒径0.8μm)为原料，以B2O3(纯度99％，粒径1μm)作为促进晶粒长大的催化剂，以B粉(纯度99.9％，粒径0.3μm)和C粉(纯度99.9％，粒径0.33μm)作为除氧烧结助剂。按ZrB2：B2O3：B：C的质量比为90：5：2：3进行配料，以乙醇为溶剂，ZrB2球为球磨介质，在行星球磨机上以转速200r/min球磨混合4h，经混料、干燥后，得到ZrB2-B2O3-B-C混合粉体；
(2)将ZrB2-B2O3-B-C混合粉体放入石墨模具中，施加30MPa的压力，在真空度＜20Pa下，以10℃/min的速率升温至1200℃，并保温2h；
(3)然后充入1atm的氩气，再以10℃/min的速率升温至2100℃，并保温2h，保温结束后以5℃/min的速率降温至1200℃后随炉冷却，制得ZrB2陶瓷。
2.性能测试：上述所制得的ZrB2陶瓷的相对密度约为99％，热导率为105W·m-1·K-1。
实施例7
1.制备：
(1)以ZrB2粉(纯度99％，粒径0.8μm)为原料，以B2O3(纯度99％，粒径1μm)作为促进晶粒长大的催化剂，以B粉(纯度99.9％，粒径0.3μm)和C粉(纯度99.9％，粒径0.33μm)作为除氧烧结助剂。按ZrB2：B2O3：B：C的质量比为90：5：2：3％进行配料，以乙醇为溶剂，ZrB2球为球磨介质，在行星球磨机上以转速200r/min球磨混合4h，经混料、干燥后，得到ZrB2-B2O3-B-C混合粉体；
(2)将ZrB2-B2O3-B-C混合粉体放入石墨模具中，施加30MPa的压力，在真空度＜20Pa下，以10℃/min的升温速率升温至1000℃，并保温1h；
(3)然后充入1atm的氩气，再以10℃/min升温速率升温至1800℃，并保温1h，保温结束后以5℃/min的速率降温至1200℃后随炉冷却，制得ZrB2陶瓷。
2.性能测试：上述所制得的ZrB2陶瓷的相对密度约为95％，热导率为87W·m-1·K-1。
实施例8
1.制备：
(1)以ZrB2粉(纯度99％，粒径0.8μm)为原料，以B2O3(纯度99％，粒径1μm)作为促进晶粒长大的催化剂，以B粉(纯度99.9％，粒径0.3μm)和C粉(纯度99.9％，粒径0.33μm)作为除氧烧结助剂。按ZrB2：B2O3：B：C的质量比为85：10：2：3进行配料，以乙醇为溶剂，ZrB2球为球磨介质，在行星球磨机上以转速200r/min球磨混合4h，经混料、干燥后，得到ZrB2-B2O3-B-C混合粉体；
(2)将ZrB2-B2O3-B-C混合粉体放入石墨模具中,施加30MPa的压力，在真空度＜20Pa下，以10℃/min的升温速率升温至1400℃，并保温4h；
(3)然后充入1atm的氩气，再以10℃/min升温速率升温至2050℃，并保温2h，保温结束后以10℃/min的速率降温至1200℃后随炉冷却，制得ZrB2陶瓷。
2.性能测试：上述所制得的ZrB2陶瓷的相对密度约为99％，热导率为99W·m-1·K-1。
对比例1
1.制备：
(1)以ZrB2粉(纯度99％，粒径0.8μm)为原料，以B粉(纯度99.9％，粒径0.3μm)和C粉(纯度99.9％，粒径0.33μm)作为除氧烧结助剂。按ZrB2：B：C的质量分数比为95：2：3进行配料，以乙醇为溶剂，ZrB2球为球磨介质，在行星球磨机上以转速200r/min球磨混合4h，经混料、干燥后，得到ZrB2-B-C混合粉体；
(2)将ZrB2-B-C混合粉体放入石墨模具中，施加30MPa的压力，在真空度＜20Pa下，以10℃/min的速率升温至1200℃，并保温2h；
(3)然后充入1atm的氩气，再以10℃/min速率升温至1950℃，并保温2h，保温结束后以10℃/min的速率降温至1200℃后随炉冷却，制得ZrB2陶瓷。
2.性能测试：上述所制得的ZrB2陶瓷的相对密度约为99％，热导率为51W·m-1·K-1。
对比例2
1.制备：
(1)以ZrB2粉(纯度99％，粒径0.8μm)为原料，以B2O3(纯度99％，粒径1μm)作为促进晶粒长大的催化剂。按ZrB2：B2O3的质量比为9：1的配比进行配料，以乙醇为溶剂，ZrB2球为球磨介质，在行星球磨机上以转速200r/min球磨混合4h，经混料、干燥后，得到ZrB2-B2O3混合粉体；
(2)将ZrB2-B2O3混合粉体放入石墨模具中，施加30MPa的压力，在真空度＜20Pa下，以10℃/min的升温速率升温至1200℃，并保温2h；
(3)然后充入1atm的氩气，再以10℃/min升温速率升温至1950℃，并保温2h，保温结束后以10℃/min的速率降温至1200℃后随炉冷却，制得ZrB2陶瓷。
2.性能测试：上述所制得本实施例制备得到的ZrB2陶瓷的相对密度约为92％，热导率为58W·m-1·K-1。
对比例3
1.制备：
(1)以ZrB2粉(纯度99％，粒径0.8μm)为原料，以B2O3(纯度99％，粒径1μm)作为促进晶粒长大的催化剂，以B粉(纯度99.9％，粒径0.3μm)和C粉(纯度99.9％，粒径0.33μm)作为除氧烧结助剂。按ZrB2：B2O3：B：C的质量比为85：10：2：3进行配料，以乙醇为溶剂，ZrB2球为球磨介质，在行星球磨机上以转速200r/min球磨混合4h，经混料、干燥后，得到ZrB2-B2O3-B-C混合粉体；
(2)将ZrB2-B2O3-B-C混合粉体放入石墨模具中，施加30MPa的压力，充入1atm的氩气，再以5℃/min的速率升温至1950℃，并保温2h，保温结束后以10℃/min的速率降温至1200℃后随炉冷却，制得ZrB2陶瓷。
2.性能测试：上述所制得的ZrB2陶瓷的相对密度约为90％，热导率为43W·m-1·K-1。
表1实施例1～8和对比例1～3的热导率
表1为实施例1～8和对比例1～3的热导率。从表1中可以看出，与对比例1～3相比，本发明制备的ZrB2陶瓷的热导率明显更高。这是由于ZrB2陶瓷的热导率依赖于多方面的因素，其中增加ZrB2晶粒尺寸，提高致密度，可以提高其热导率。在实施例1～8中添加B2O3作为催化剂，可以使ZrB2晶粒尺寸快速长大。对比例1中没有添加B2O3，制备的ZrB2陶瓷的热导率较低；在对比例2中，因为没有添加B和C作为除氧烧结助剂，使得其致密度不高，热导率也不高；在对比例3中没有采用二步保温法，催化剂和除氧烧结助剂的效果不明显，反而会作为杂质降低其热导率。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合和简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高热导率硼化锆陶瓷，其特征在于，所述硼化锆陶瓷是以ZrB2为原料，B2O3为催化剂，添加B和C烧结助剂后混合，得到ZrB2-B2O3-B-C混合粉体，再将该混合粉体过筛，经热压烧结制得。
2.根据权利要求1所述的高热导率硼化锆陶瓷，其特征在于，所述热压烧结的具体方法：在真空度＜20Pa下，施加30MPa的压力，升温至1000～1400℃，并保温Ⅰ，然后充入1atm的氩气，再升温至1800～2200℃，并保温Ⅱ，保温结束后降温至1200℃后随炉冷却。
3.根据权利要求2所述的高热导率硼化锆陶瓷，其特征在于，所述升温的速率为5～30℃/min，所述保温Ⅰ的时间为1～4h，所述保温Ⅱ的时间为0.5～4h，所述降温的速率为5～15℃/min。
4.根据权利要求1所述的高热导率硼化锆陶瓷，其特征在于，所述ZrB2：B2O3：B：C的质量比为(80～95)：(0～15)：(0.5～2)：(0.5～3)。
5.根据权利要求4所述的高热导率硼化锆陶瓷，其特征在于，所述ZrB2：B2O3：B：C的质量比为85：10：2：3。
6.根据权利要求1所述的高热导率硼化锆陶瓷，其特征在于，所述ZrB2粉的纯度为99～100％，粒径＜1μm；所述B2O3粉的纯度为99～100％，所述B粉的粒径＜0.5μm；C粉的粒径＜0.5μm。
7.根据权利要求1-6任一项所述的高热导率硼化锆陶瓷的制备方法，其特征在于，包括如下具体步骤：
S1.将ZrB2、B2O3，B和C烧结助剂，以乙醇为溶剂，ZrB2作为球磨介质进行球磨混合，经干燥后，得到ZrB2-B2O3-B-C混合粉体；
S2.将步骤S1中ZrB2-B2O3-B-C混合粉体过筛，放入石墨模具中，在真空度＜20Pa下，施加30MPa的压力，以5～30℃/min的速率升温至1000～1400℃，并保温1～4h；
S3.然后充入1atm的氩气，再以5～30℃/min速率升温至1800～2200℃，并保温0.5～4h，保温结束后以5～15℃/min的速率降温至1200℃后随炉冷却，制得硼化锆陶瓷。
8.根据权利要求7所述的高热导率硼化锆陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述升温的速率为10℃/min，所述升温的温度为1200℃，所述保温的时间为2h。
9.根据权利要求7所述的高热导率硼化锆陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述升温的速率为10℃/min，所述升温的温度为1950℃，所述保温的时间为2h。
10.权利要求1-6任一项所述的高热导率硼化锆陶瓷在航空航天领域中的应用。
CN201810661783.6A 2018-06-25 2018-06-25 一种高热导率硼化锆陶瓷及其制备方法和应用 Active CN108997016B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810661783.6A CN108997016B (zh) 2018-06-25 2018-06-25 一种高热导率硼化锆陶瓷及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810661783.6A CN108997016B (zh) 2018-06-25 2018-06-25 一种高热导率硼化锆陶瓷及其制备方法和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108997016A true CN108997016A (zh) 2018-12-14
CN108997016B CN108997016B (zh) 2021-03-26

Family

ID=64602097

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810661783.6A Active CN108997016B (zh) 2018-06-25 2018-06-25 一种高热导率硼化锆陶瓷及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108997016B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109534825A (zh) * 2019-01-16 2019-03-29 电子科技大学 一种原位合成惰性玻璃相包覆的ZrB2及其制备方法
CN111138190A (zh) * 2020-01-10 2020-05-12 广东工业大学 一种钙钛锆石型陶瓷固化体及其制备方法和应用

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6252182A (ja) * 1985-08-30 1987-03-06 株式会社小松製作所 放電電極用材料
US5248639A (en) * 1991-09-06 1993-09-28 Hi-Z Technology, Inc. ZrB2 phase with enhanced electrical and thermal conductivities and shock resistance
CN101468918A (zh) * 2007-12-28 2009-07-01 北京有色金属研究总院 高纯硼化锆/硼化铪粉体及其超高温陶瓷靶材的制备方法
CN102190495A (zh) * 2010-03-18 2011-09-21 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种反应助剂促进烧结硼化锆或碳化锆陶瓷的制备方法
CN103253941A (zh) * 2013-05-10 2013-08-21 航天材料及工艺研究所 一种高热导率ZrB2超高温陶瓷及其制备方法
CN105198443A (zh) * 2015-10-21 2015-12-30 哈尔滨工业大学 氮化硼复相陶瓷的过渡相辅助低温烧结方法
CN106478111A (zh) * 2016-10-12 2017-03-08 黑龙江科技大学 一种ZrB2陶瓷的制备方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6252182A (ja) * 1985-08-30 1987-03-06 株式会社小松製作所 放電電極用材料
US5248639A (en) * 1991-09-06 1993-09-28 Hi-Z Technology, Inc. ZrB2 phase with enhanced electrical and thermal conductivities and shock resistance
CN101468918A (zh) * 2007-12-28 2009-07-01 北京有色金属研究总院 高纯硼化锆/硼化铪粉体及其超高温陶瓷靶材的制备方法
CN102190495A (zh) * 2010-03-18 2011-09-21 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种反应助剂促进烧结硼化锆或碳化锆陶瓷的制备方法
CN103253941A (zh) * 2013-05-10 2013-08-21 航天材料及工艺研究所 一种高热导率ZrB2超高温陶瓷及其制备方法
CN105198443A (zh) * 2015-10-21 2015-12-30 哈尔滨工业大学 氮化硼复相陶瓷的过渡相辅助低温烧结方法
CN106478111A (zh) * 2016-10-12 2017-03-08 黑龙江科技大学 一种ZrB2陶瓷的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘国玺等: "二硼化锆超高温陶瓷的研究进展", 《兵器材料科学与工程》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109534825A (zh) * 2019-01-16 2019-03-29 电子科技大学 一种原位合成惰性玻璃相包覆的ZrB2及其制备方法
CN109534825B (zh) * 2019-01-16 2021-06-01 电子科技大学 一种原位合成惰性玻璃相包覆的ZrB2及其制备方法
CN111138190A (zh) * 2020-01-10 2020-05-12 广东工业大学 一种钙钛锆石型陶瓷固化体及其制备方法和应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN108997016B (zh) 2021-03-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113045332B (zh) 一种超高孔隙率的高熵碳化物超高温陶瓷及制备方法
CN104150940B (zh) 氮化硅与碳化硅复相多孔陶瓷及其制备方法
CN101747047B (zh) 一种提高ZrB2-SiC超高温陶瓷材料抗热冲击和强度的方法
CN101255055B (zh) 碳纳米管硼化锆-碳化硅基复合材料
CN109694253A (zh) 一种通过碳掺杂提高常压烧结氮化硅陶瓷热导率的方法
CN103253669B (zh) 一种碳热还原法低温制备HfC粉体的方法
CN108997016A (zh) 一种高热导率硼化锆陶瓷及其制备方法和应用
CN106915961A (zh) 一种石墨烯‑氧化锆复合材料及其制备方法
CN104529467B (zh) 一种低温制备ZrB2-SiC超高温陶瓷复合材料的方法
CN104529459A (zh) B4C-HfB2-SiC三元高温共晶复合陶瓷材料及其制备方法
CN109180161B (zh) 一种高纯钛硅化碳/氧化铝复合材料及其制备方法
Gu et al. Novel high‐temperature‐resistant Y2SiO5 aerogel with ultralow thermal conductivity
CN108455623A (zh) 一种超细过渡金属硼化物粉体及其制备方法和应用
CN108796306A (zh) 一种氧化石墨烯增强钛基复合材料及其制备方法
CN107651964A (zh) 一种AlN基复合陶瓷及其制备方法
CN102424596B (zh) SiC纳米颗粒及SiC晶须混杂增韧ZrC基超高温陶瓷复合材料及其制备方法
CN103981384B (zh) 一种钨-氮化铝-硼化铪复合材料的制备方法
CN109665848A (zh) 一种超高温SiC-HfB2复合陶瓷及其制备方法和应用
CN105908043B (zh) 一种Mo‑ZrB2‑SiC‑AlN复合材料及其制备方法
CN103011829B (zh) 一种二硼化锆陶瓷材料的烧结方法
CN101948326A (zh) 一种SiC晶须增韧ZrC基超高温陶瓷复合材料及其制备方法
Song et al. Si/SiC coated Cf/SiC composites via tape casting and reaction bonding: The effect of carbon content
CN106348734A (zh) 一种二硼化锆纤维和三氧化二铝复合粉及其制备方法
CN106800414A (zh) 原位反应制备含氮化硼的超高温陶瓷基复合材料的方法
CN105439162B (zh) 一种粗粒径mo2粉体合成细mb2粉体的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant