CN111499386A - 一种复合陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于高新材料技术领域,具体涉及一种复合陶瓷材料及其制备方法。以碳化硼粉、碳化硅粉、碳化钛粉、无定形碳粉、酚醛树脂、聚醚酰亚胺、聚乙烯醇缩丁醛为原料；经过二次球磨浆料、造粒粉，对造粒粉放入模具内进行干压成型，得到生坯，将生坯放进无压烧结炉内，在真空或氩气保护的条件下进行无压高温烧结后自然冷却，冷却到室温后得到复合陶瓷材料制品。本发明具有降低烧结温度，对复合材料的各项性能进行了提升，同时降低了烧结难度，十分具有现实意义。

Description

一种复合陶瓷材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高新材料技术领域,具体涉及一种复合陶瓷材料及其制备方法。
背景技术
碳化硼最突出的特点就是其具有的超常硬度，是已知最坚硬的三种材料之一，其他两种为金刚石和立方相氮化硼。此外，碳化硼还具有密度小、熔点高、高温稳定性和化学稳定性好以及良好的中子吸收能力、极好的热电性能、较低的膨胀系数等特点，因此，碳化硼可以用于制备防弹装甲、切割刀具、特种耐侵蚀材料、高温热电偶以及原子反应堆控制和屏蔽材料等。
国内目前烧结碳化硼主要采用热压烧结技术。虽然热压烧结的碳化硼材料具有晶粒细小、致密度高和机械、电学性能良好的特点，无需添加烧结助剂或成型助剂，可生产超高纯度的陶瓷产品，但是热压烧结过程及设备复杂，生产控制要求严，模具材料要求高，能源消耗大，生产效率较低，生产成本高，导致热压烧结碳化硼制品无法量产和制造异形件，限制了碳化硼材料的应用范围。
无压烧结得到的碳化硼产品成本低、产量高，具有量产优势，但纯的碳化硼无压烧结致密化困难，必须采用≤3μm的超细粉末，低含氧量，且烧结温度不低于2300℃。采用超细粉末、超高温度无压烧结的碳化硼制品生产成本也相对较高，对烧结设备要求也较高，制约了碳化硼材料的应用与发展。国内目前无压烧结碳化硼多采用添加氧化铝、氧化锆等金属氧化物，利用液相烧结降低烧结温度，但产品硬度不超过25GPa，断裂韧性不超过300MPa·m1/2，难以满足市场对碳化硼制品的性能要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种复合陶瓷材料及其制备方法，在碳化硼中引入其他增强相，通过多相复合增强及细晶强化，对拓展碳化硼材料在工程陶瓷的应用领域和实现碳化硼复合材料的批量化生产具有积极的推动作用和现实意义。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种复合陶瓷材料，以所述复合陶瓷材料的总质量为100％计，各组分及其百分含量为：
碳化硼粉60～80％、碳化硅粉5～20％、碳化钛粉5～30％、无定形碳粉0.5～5％、酚醛树脂5～10％、聚醚酰亚胺0.5～3％、聚乙烯醇缩丁醛0.5～2％。
上述方案的进一步描述，所述碳化硼粉的纯度≥98％，平均粒径为d50＝0.5～5.0μm。
上述方案的进一步描述，所述碳化硅粉的纯度≥95％，平均粒径为d50＝0.5～5.0μm。
上述方案的进一步描述，所述碳化钛粉的纯度≥95％，平均粒径为d50＝0.5～3.0μm。
上述方案的进一步描述，所述无定形碳粉的纯度≥90％，粒径范围为0.05～3.0μm。
上述方案的进一步描述，所述酚醛树脂的纯度≥98％。
上述方案的进一步描述，所述聚醚酰亚胺的纯度≥98％。
上述方案的进一步描述，所述聚乙烯醇缩丁醛的纯度≥99％。
一种制备上述复合陶瓷材料的方法，步骤如下：
(1)将上述百分重量的碳化硼粉、碳化硅粉、碳化钛粉、无定形碳粉和酚醛树脂加入球磨罐中，然后加入1:1的无水乙醇作为溶剂，进行第一次球磨，在150r/min～600r/min的转速下球磨3～15h，得到一次球磨浆料；
(2)在得到的一次球磨浆料中加入上述百分重量的聚醚酰亚胺和聚乙烯醇缩丁醛，进行第二次球磨，在50～400r/min的转速下球磨5～10h，得到二次球磨浆料；
(3)将得到的二次球磨浆料过250目筛后喷入喷雾造粒塔中进行造粒，并且造粒塔的进风温度控制在120～200℃，出风温度控制在70～100℃，喷雾压力控制在0.05～1.0MPa，得到颗粒尺寸为50～100μm的造粒粉；
(4)将造粒粉放入模具内进行干压成型，压力为100～300MPa，保压3～30min，得到生坯；
(5)将生坯放进无压烧结炉内，在真空或氩气保护的条件下进行无压烧结，烧结温度在2000～2200℃，0～800℃以10℃/min的速率升温；800～1500℃升温速率为10℃/1.5min；1500℃以上升温速率为5℃/min，在最高烧成温度保温30min，保温结束后自然冷却，冷却到室温后得到复合陶瓷材料制品。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本发明通过细晶结构控制促进碳化硼无压烧结的速率，降低烧结温度。无压烧结碳化硼陶瓷是大批量生产形状复杂零件的好方法，但由于烧结温度过高，在烧结过程中晶粒极易发生异常长大，使烧结工艺参数难以控制，产品的性能不稳定。而原料粉末细度是影响烧结过程的重要因素之一，表面能的减小是粉末制品烧结的原动力，粉末粒度越小，比表面积越大，烧结的驱动力就越大，同时，粉末越细，其在制备过程中产生的结构缺陷越多，因此烧结速度快，制品密度大。
2、本发明通过向碳化硼中加入碳化硅、碳化钛、无定型碳粉等烧结添加剂和助剂，对复合材料的各项性能进行了提升，同时降低了烧结难度，十分具有现实意义。
向碳化硼中添加较大量的碳化硅制成复合材料是提高烧结密度的有效途径。碳化硅本身具有很好的力学和物理性能，包括高的比强度、比模量、好的抗腐蚀性和抗热冲击性、低的密度和热膨胀系数等，同时，在元素周期表中，Si的位置和B、C毗邻，因而性能上很相似。根据相似相容原理，SiC的存在会改善烧结扩散，促进碳化硼的烧结。
TiC是一种过渡金属碳化物，由于其与碳化硼具有不相容的特性，向碳化硼粉末中添加适量的过渡金属碳化物，会反应生成金属硼化物和具有较高活性的碳，并且这些反应产物可以进一步活化碳化硼的烧结过程。
添加的炭黑和通过粘结剂分解产生的残余碳，在适当的工艺条件下，最终都能起到增韧的效果。在烧结过程中，粉末中的C在B4C基体中进行充分的扩散与固溶反应，形成均匀的固溶体；如果保温时间较短，粉末中的C来不及与B4C进行充分的扩散和固溶反应，会残留在烧结体的界面，当B4C与C之间界面方向垂直于裂纹扩展方向时，裂纹顶端的C粒在外界应力的作用下会被拉裂，从而使裂纹扩展方向改变，起到增韧的作用。
3、本发明采用无压烧结工艺，与热压烧结相比，无压烧结制备工艺简单、对设备要求低以及生产成本低，是大批量生产异形产品的首选。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步详细的说明。
实施例1
本实施例所述一种复合陶瓷材料，以所述复合陶瓷材料的总质量为100％计，各组分及其百分含量为：
碳化硼粉60％、碳化硅粉15％、碳化钛粉15％、无定形碳粉3％、酚醛树脂6％、聚醚酰亚胺2％、聚乙烯醇缩丁醛2％。
本实施所述陶瓷材料的制备方法，步骤如下：
(1)将上述百分重量的碳化硼粉、碳化硅粉、碳化钛粉、无定形碳粉和酚醛树脂加入球磨罐中，然后加入1:1的无水乙醇作为溶剂，进行第一次球磨，在300r/min的转速下球磨12h，得到一次球磨浆料；
(2)在得到的一次球磨浆料中加入百分重量为2％聚醚酰亚胺和2％聚乙烯醇缩丁醛，进行第二次球磨，在50r/min的转速下球磨10h，得到二次球磨浆料；
(3)将得到的二次球磨浆料过250目筛后喷入喷雾造粒塔中进行造粒，并且造粒塔的进风温度控制在150℃，出风温度控制在85℃，喷雾压力控制在0.5MPa，得到颗粒尺寸为70μm的造粒粉；
(4)将造粒粉放入模具内进行干压成型，压力为180MPa，保压15min，得到生坯；
(5)将生坯放进无压烧结炉内，在真空或氩气保护的条件下进行无压烧结，烧结温度在2100℃，0～800℃以10℃/min的速率升温；800～1500℃升温速率为10℃/1.5min；1500℃以上升温速率为5℃/min，在最高烧成温度保温30min，保温结束后自然冷却，冷却到室温后得到复合陶瓷材料制品。
(6)利用阿基米德排水法(GB/T 25995-2010)测试复合材料的相对密度，得到相对密度为93.1％；利用三点弯曲法(GB/T 6569-2006)测试复合材料弯曲强度，得到弯曲强度为340MPa；利用单边切口梁法(GB/T 23806-2009)测试复合材料断裂韧性，得到断裂韧性为5.2MPa·m1/2。
实施例2
本实施例所述一种复合陶瓷材料，以所述复合陶瓷材料的总质量为100％计，各组分及其百分含量为：
碳化硼粉70％、碳化硅粉12％、碳化钛粉5％、无定形碳粉2％、酚醛树脂7％、聚醚酰亚胺2.5％、聚乙烯醇缩丁醛1.5％。
本实施所述陶瓷材料的制备方法，步骤如下：
(1)将上述百分重量的碳化硼粉、碳化硅粉、碳化钛粉、无定形碳粉和酚醛树脂加入球磨罐中，然后加入1:1的无水乙醇作为溶剂，进行第一次球磨，在300r/min的转速下球磨12h，得到一次球磨浆料；
(2)在得到的一次球磨浆料中加入百分重量为2.5％聚醚酰亚胺和1.5％聚乙烯醇缩丁醛，进行第二次球磨，在400r/min的转速下球磨8h，得到二次球磨浆料；
(3)将得到的二次球磨浆料过250目筛后喷入喷雾造粒塔中进行造粒，并且造粒塔的进风温度控制在140℃，出风温度控制在70℃，喷雾压力控制在1.0MPa，得到颗粒尺寸为50μm的造粒粉；
(4)将造粒粉放入模具内进行干压成型，压力为240MPa，保压10min，得到生坯；
(5)将生坯放进无压烧结炉内，在真空或氩气保护的条件下进行无压烧结，烧结温度在2200℃，0～800℃以10℃/min的速率升温；800～1500℃升温速率为10℃/1.5min；1500℃以上升温速率为5℃/min，在最高烧成温度保温30min，保温结束后自然冷却，冷却到室温后得到复合陶瓷材料制品。
(6)利用阿基米德排水法(GB/T 25995-2010)测试复合材料的相对密度，得到相对密度为94.2％；利用三点弯曲法(GB/T 6569-2006)测试复合材料弯曲强度，得到弯曲强度为300MPa；利用单边切口梁法(GB/T 23806-2009)测试复合材料断裂韧性，得到断裂韧性为5.4MPa·m1/2。
实施例3
本实施例所述一种复合陶瓷材料，以所述复合陶瓷材料的总质量为100％计，各组分及其百分含量为：
碳化硼粉75％、碳化硅粉5％、碳化钛粉8％、无定形碳粉1％、酚醛树脂8％、聚醚酰亚胺2％、聚乙烯醇缩丁醛1％。
本实施例所述陶瓷材料的制备方法，步骤如下：
(1)将上述百分重量的碳化硼粉、碳化硅粉、碳化钛粉、无定形碳粉和酚醛树脂加入球磨罐中，然后加入1:1的无水乙醇作为溶剂，进行第一次球磨，在300r/min的转速下球磨12h，得到一次球磨浆料；
(2)在得到的一次球磨浆料中加入百分重量为2％聚醚酰亚胺和1％聚乙烯醇缩丁醛，进行第二次球磨，在300r/min的转速下球磨8h，得到二次球磨浆料；
(3)将得到的二次球磨浆料过250目筛后喷入喷雾造粒塔中进行造粒，并且造粒塔的进风温度控制在180℃，出风温度控制在80℃，喷雾压力控制在0.8MPa，得到颗粒尺寸为50μm的造粒粉；得到颗粒形态好、流动性适宜、含水率适中的均匀的造粒粉；
(4)将造粒粉放入模具内进行干压成型，压力为300MPa，保压30min，得到生坯；
(5)将生坯放进无压烧结炉内，在真空或氩气保护的条件下进行无压烧结，烧结温度在2000℃，0～800℃以10℃/min的速率升温；800～1500℃升温速率为10℃/1.5min；1500℃以上升温速率为5℃/min，在最高烧成温度保温30min，保温结束后自然冷却，冷却到室温后得到复合陶瓷材料制品。
(6)利用阿基米德排水法(GB/T 25995-2010)测试复合材料的相对密度，得到相对密度为93.9％；利用三点弯曲法(GB/T 6569-2006)测试复合材料弯曲强度，得到弯曲强度为352MPa；利用单边切口梁法(GB/T 23806-2009)测试复合材料断裂韧性，得到断裂韧性为5.0MPa·m1/2。
实施例4
本实施例所述一种复合陶瓷材料，以所述复合陶瓷材料的总质量为100％计，各组分及其百分含量为：
碳化硼粉50％、碳化硅粉20％、碳化钛粉11.5％、无定形碳粉5％、酚醛树脂10％、聚醚酰亚胺3％、聚乙烯醇缩丁醛0.5％。
本实施所述陶瓷材料的制备方法，步骤如下：
(1)将上述百分重量的碳化硼粉、碳化硅粉、碳化钛粉、无定形碳粉和酚醛树脂加入球磨罐中，然后加入1:1的无水乙醇作为溶剂，进行第一次球磨，在600r/min的转速下球磨15h，得到一次球磨浆料；
(2)在得到的一次球磨浆料中加入百分重量为3％聚醚酰亚胺和0.5％聚乙烯醇缩丁醛，进行第二次球磨，在350r/min的转速下球磨5h，得到二次球磨浆料；
(3)将得到的二次球磨浆料过250目筛后喷入喷雾造粒塔中进行造粒，并且造粒塔的进风温度控制在200℃，出风温度控制在100℃，喷雾压力控制在1.0MPa，得到颗粒尺寸为100μm的造粒粉；
(4)将造粒粉放入模具内进行干压成型，压力为100MPa，保压20min，得到生坯；
(5)将生坯放进无压烧结炉内，在真空或氩气保护的条件下进行无压烧结，烧结温度在2200℃，0～800℃以10℃/min的速率升温；800～1500℃升温速率为10℃/1.5min；1500℃以上升温速率为5℃/min，在最高烧成温度保温30min，保温结束后自然冷却，冷却到室温后得到复合陶瓷材料制品。
(6)利用阿基米德排水法(GB/T 25995-2010)测试复合材料的相对密度，得到相对密度为94.2％；利用三点弯曲法(GB/T 6569-2006)测试复合材料弯曲强度，得到弯曲强度为300MPa；利用单边切口梁法(GB/T 23806-2009)测试复合材料断裂韧性，得到断裂韧性为5.4MPa·m1/2。
实施例5
本实施例所述一种复合陶瓷材料，以所述复合陶瓷材料的总质量为100％计，各组分及其百分含量为：
碳化硼粉80％、碳化硅粉6％、碳化钛粉6％、无定形碳粉0.5％、酚醛树脂5％、聚醚酰亚胺0.5％、聚乙烯醇缩丁醛2％。
本实施所述陶瓷材料的制备方法，步骤如下：
(1)将上述百分重量的碳化硼粉、碳化硅粉、碳化钛粉、无定形碳粉和酚醛树脂加入球磨罐中，然后加入1:1的无水乙醇作为溶剂，进行第一次球磨，在150r/min的转速下球磨10h，得到一次球磨浆料；
(2)在得到的一次球磨浆料中加入百分重量为0.5％聚醚酰亚胺和2％聚乙烯醇缩丁醛，进行第二次球磨，在200r/min的转速下球磨9h，得到二次球磨浆料；
(3)将得到的二次球磨浆料过250目筛后喷入喷雾造粒塔中进行造粒，并且造粒塔的进风温度控制在120℃，出风温度控制在90℃，喷雾压力控制在0.05MPa，得到颗粒尺寸为90μm的造粒粉；
(4)将造粒粉放入模具内进行干压成型，压力为200MPa，保压25min，得到生坯；
(5)将生坯放进无压烧结炉内，在真空或氩气保护的条件下进行无压烧结，烧结温度在2200℃，0～800℃以10℃/min的速率升温；800～1500℃升温速率为10℃/1.5min；1500℃以上升温速率为5℃/min，在最高烧成温度保温30min，保温结束后自然冷却，冷却到室温后得到复合陶瓷材料制品。
(6)利用阿基米德排水法(GB/T 25995-2010)测试复合材料的相对密度，得到相对密度为94.2％；利用三点弯曲法(GB/T 6569-2006)测试复合材料弯曲强度，得到弯曲强度为300MPa；利用单边切口梁法(GB/T 23806-2009)测试复合材料断裂韧性，得到断裂韧性为5.4MPa·m1/2。
上述实施例1至5所使用的碳化硼粉的纯度≥98％，平均粒径为d50＝0.5～5.0μm。
所述碳化硅粉的纯度≥95％，平均粒径为d50＝0.5～5.0μm。
所述碳化钛粉的纯度≥95％，平均粒径为d50＝0.5～3.0μm。
所述无定形碳粉的纯度≥90％，粒径范围为0.05～3.0μm。
所述酚醛树脂的纯度≥98％。
所述聚醚酰亚胺的纯度≥98％。
所述聚乙烯醇缩丁醛的纯度≥99％。
本发明包括但不限于以上实例，凡是在本发明的精神和原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种复合陶瓷材料，其特征在于：以所述复合陶瓷材料的总质量为100％计，各组分及其百分含量为：
碳化硼粉60～80％、碳化硅粉5～20％、碳化钛粉5～30％、无定形碳粉0.5～5％、酚醛树脂5～10％、聚醚酰亚胺0.5～3％、聚乙烯醇缩丁醛0.5～2％。
2.根据权利要求1所述的一种复合陶瓷材料，其特征在于：所述碳化硼粉的纯度≥98％，平均粒径为d50＝0.5～5.0μm。
3.根据权利要求1所述的一种复合陶瓷材料，其特征在于：所述碳化硅粉的纯度≥95％，平均粒径为d50＝0.5～5.0μm。
4.根据权利要求1所述的一种复合陶瓷材料，其特征在于：所述碳化钛粉的纯度≥95％，平均粒径为d50＝0.5～3.0μm。
5.根据权利要求1所述的一种复合陶瓷材料，其特征在于：所述无定形碳粉的纯度≥90％，粒径范围为0.05～3.0μm。
6.根据权利要求1所述的一种复合陶瓷材料，其特征在于：所述酚醛树脂的纯度≥98％。
7.根据权利要求1所述的一种复合陶瓷材料，其特征在于：所述聚醚酰亚胺的纯度≥98％。
8.根据权利要求1所述的一种复合陶瓷材料，其特征在于：所述聚乙烯醇缩丁醛的纯度≥99％。
9.一种制备权利要求1～8任意一项所述复合陶瓷材料的方法，其特征在于：步骤如下：
(1)将上述百分重量的碳化硼粉、碳化硅粉、碳化钛粉、无定形碳粉和酚醛树脂加入球磨罐中，然后加入1:1的无水乙醇作为溶剂，进行第一次球磨，在150r/min～600r/min的转速下球磨3～15h，得到一次球磨浆料；
(2)在得到的一次球磨浆料中加入上述百分重量的聚醚酰亚胺和聚乙烯醇缩丁醛，进行第二次球磨，在50～400r/min的转速下球磨5～10h，得到二次球磨浆料；
(3)将得到的二次球磨浆料过250目筛后喷入喷雾造粒塔中进行造粒，并且造粒塔的进风温度控制在120～200℃，出风温度控制在70～100℃，喷雾压力控制在0.05～1.0MPa，造粒粉的尺寸控制在10～100μm，得到颗粒尺寸为50～100μm的造粒粉；
(4)将造粒粉放入模具内进行干压成型，压力为100～300MPa，保压3～30min，得到生坯；
(5)将生坯放进无压烧结炉内，在真空或氩气保护的条件下进行无压烧结，烧结温度在2000～2200℃，0～800℃以10℃/min的速率升温；800～1500℃升温速率为10℃/1.5min；1500℃以上升温速率为5℃/min，在最高烧成温度保温30min，保温结束后自然冷却，冷却到室温后得到复合陶瓷材料制品。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113292343A (zh) * 2021-06-02 2021-08-24 哈尔滨工程大学 一种原位反应无压烧结制备碳化硼基复相陶瓷的方法
CN113461365A (zh) * 2021-07-30 2021-10-01 深圳陶陶科技有限公司 塑基复合材料及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103979970A (zh) * 2014-04-09 2014-08-13 宁波东联密封件有限公司 一种高韧性无压烧结碳化硼防弹材料及其制备方法
CN104446483A (zh) * 2014-12-16 2015-03-25 宁波伏尔肯机械密封件制造有限公司 一种无压烧结碳化硼陶瓷防弹片的批量生产方法
CN108484171A (zh) * 2018-04-08 2018-09-04 北京理工大学 一种碳化硼-硼化钛复相陶瓷材料及其无压烧结制备方法
CN108911753A (zh) * 2018-08-26 2018-11-30 扬州北方三山工业陶瓷有限公司 一种高韧性无压烧结碳化硼陶瓷制备方法
CN109320251A (zh) * 2018-09-25 2019-02-12 宁波东联密封件有限公司 一种高性能无压烧结碳化硅复合陶瓷的制备方法
CN109553419A (zh) * 2018-12-26 2019-04-02 宁夏机械研究院股份有限公司 一种气压固相烧结碳化硼复相陶瓷及其制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103979970A (zh) * 2014-04-09 2014-08-13 宁波东联密封件有限公司 一种高韧性无压烧结碳化硼防弹材料及其制备方法
CN104446483A (zh) * 2014-12-16 2015-03-25 宁波伏尔肯机械密封件制造有限公司 一种无压烧结碳化硼陶瓷防弹片的批量生产方法
CN108484171A (zh) * 2018-04-08 2018-09-04 北京理工大学 一种碳化硼-硼化钛复相陶瓷材料及其无压烧结制备方法
CN108911753A (zh) * 2018-08-26 2018-11-30 扬州北方三山工业陶瓷有限公司 一种高韧性无压烧结碳化硼陶瓷制备方法
CN109320251A (zh) * 2018-09-25 2019-02-12 宁波东联密封件有限公司 一种高性能无压烧结碳化硅复合陶瓷的制备方法
CN109553419A (zh) * 2018-12-26 2019-04-02 宁夏机械研究院股份有限公司 一种气压固相烧结碳化硼复相陶瓷及其制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113292343A (zh) * 2021-06-02 2021-08-24 哈尔滨工程大学 一种原位反应无压烧结制备碳化硼基复相陶瓷的方法
CN113461365A (zh) * 2021-07-30 2021-10-01 深圳陶陶科技有限公司 塑基复合材料及其制备方法

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