CN114956832B - 一种超高温陶瓷致密化方法、超高温陶瓷 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种超高温陶瓷致密化方法和超高温陶瓷，所述方法包括：按照添加剂与原料混合物之间的目标比例，在合成所述超高温陶瓷粉体的过程中添加所述添加剂以实现缺陷调控，得到超高温陶瓷粉体；其中，所述添加剂包括B粉、NaCl、Na2B4O7、KCl中的至少一种；对所述超高温陶瓷粉体进行烧结，以得到致密化的超高温陶瓷；本发明通过添加添加剂对超高温陶瓷粉体进行缺陷调控，得到了烧结活性高的超高温陶瓷粉体，从而烧结得到了致密度高的超高温陶瓷。
Description
技术领域
本发明涉及超高温陶瓷制备领域，特别是涉及一种超高温陶瓷致密化方法、超高温陶瓷。
背景技术
超高温陶瓷材料(Ultrahigh-Temperature Ceramics，简称UHTCs)主要指高温环境(2000℃以上)和反应气氛中(如原子氧环境)能够保持化学稳定的一种特殊材料，通常包括硼化物、碳化物、氧化物在内的一些高熔点过渡金属化合物，由上述化合物组成的多元复合陶瓷材料统称为超高温陶瓷材料。这些高熔点过渡金属化合物中，TaC、ZrB2、HfB2、HfC等的熔点超过了3000℃，从而使得它们在极端高温条件下具有很大的应用潜力。然而，超高温陶瓷的熔点高也带来了强共价键，自扩散速率低的问题，导致其难以致密化，这是目前阻碍超高温陶瓷材料的工程化应用的主要难点。
超高温陶瓷材料制备主要包括粉体合成和粉体烧结两个部分，常见的超高温陶瓷粉体合成一般采用溶胶凝胶法和碳热还原法等，但是目前的溶胶凝胶法和碳热还原法反应过程中升温速率慢，晶体形核和生长时间充足，因此制备出的粉体位错密度低，缺陷浓度低，难以直接烧结得到高致密化的陶瓷。因此，提高超高温陶瓷的烧结活性，实现高致密化的超高温陶瓷材料是超高温陶瓷材料应用急需解决的技术问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种超高温的致密化方法、超高温陶瓷。具体内容如下：
第一方面，本发明提供了一种超高温陶瓷致密化方法，所述方法包括：
按照添加剂与原料混合物之间的目标比例，在合成超高温陶瓷粉体的过程中添加所述添加剂以实现缺陷调控，得到超高温陶瓷粉体；其中，所述原料混合物为合成所述超高温陶瓷粉体的原料；其中，所述添加剂包括B粉、NaCl、Na2B4O7、KCl中的至少一种；
对所述超高温陶瓷粉体进行烧结，以得到致密化的超高温陶瓷。
优选地，所述目标比例的确定方法包括：
获取添加不同比例的添加剂所合成的超高温陶瓷粉体；
确定每种比例下合成后的超高温陶瓷粉体的位错密度；
将位错密度在1015m-2及以上的超高温陶瓷粉体所对应的比例，确定为所述目标比例。
优选地，所述添加剂的质量分数小于20％。
优选地，所述合成超高温陶瓷粉体的方法包括：碳热还原法、溶胶凝胶法中的任意一种。
优选地，所述确定每种比例下合成后的超高温陶瓷粉体的位错密度的计算方法包括结合X射线衍射的多重卷积轮廓拟合方法；
优选地，所述结合X射线衍射的多重卷积轮廓拟合方法具体包括：
通过X射线衍射获得粉末的衍射曲线、晶格参数等数据，在不同物理效应函数卷积叠加的基础上，通过公式(1～3)拟合可得到位错密度；其中，所述晶格参数为晶粒应变函数和晶粒分布函数。
IM(2θ)＝∑hkl(Is*ID*IINST)+IBG (1)
式中：IM—衍射曲线函数；ID—晶粒应变函数；IS—晶粒分布函数；IINST—仪器轮廓函数；IBG—背景函数。
式中：erfc—误差互补函数；m和σ—对数正态分布函数的中值和方差；ΔK＝(2cosθ)Δθ/λ。
式中：ρ—位错密度；b—伯氏矢量；C—对比因子；g—衍射矢量，|g|＝2sinθ/λ；f(η)—应力函数，η＝L/Re；L—傅里叶变量；Re—位错有效外截止半径。
优选地，所述烧结方法包括：无压烧结法、热压烧结法、热等静压烧结法和放电等离子烧结法中的任意一种。
第二方面，本发明提供了一种超高温陶瓷，所述超高温陶瓷采用上述第一方面所述的超高温陶瓷致密化方法制备得到。
与现有技术相比，本发明包括以下优点：
本发明实施例提供了一种超高温陶瓷致密化方法，所述方法包括：
按照添加剂与超高温陶瓷粉体之间的目标比例，在合成所述超高温陶瓷粉体的过程中添加所述添加剂以实现缺陷调控，得到超高温陶瓷粉体；其中，所述添加剂包括B粉、NaCl、Na2B4O7、KCl中的至少一种；对所述超高温陶瓷粉体进行烧结，以得到致密化的超高温陶瓷。通过在超高温陶瓷粉体合成过程中加入添加剂，利用添加剂辅助合成调节所得超高温陶瓷粉体的位错密度，从而得到高位错密度的超高温陶瓷粉体，由此提升了超高温陶瓷粉体的烧结活性，从而能够烧结得到致密度较高的超高温陶瓷。另一方面，B粉、NaCl、Na2B4O7、KCl还能一定程度上降低超高温陶瓷粉体的合成温度、提升超高温陶瓷粉体的细度，在提高了粉体烧结活性的同时，还能一定程度上降低工艺要求，快速得到超高温陶瓷粉体。
附图说明
图1示出了本发明实施例中超高温陶瓷的制备方法流程图；
图2示出了本发明实施例中确定添加剂和用于制备超高温陶瓷原料之间目标比例的步骤流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和有点能够更加明显易懂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。下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的现有技术所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂以及其他仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
为了解决现有技术中，超高温陶瓷难以致密化的问题，而由于超高温陶瓷难以致密化的问题的根本原因主要在超高温陶瓷粉体的烧结活性较低的，基于此，本发明的申请人提出的主要技术构思为：通过添加添加剂，实现超高温陶瓷粉体的缺陷调控，提高超高温陶瓷粉体的位错密度，进而提高超高温陶瓷粉体的缺陷浓度，进而提高超高温陶瓷粉体的烧结活性，从而达到超高温陶瓷致密化的目的。基于该构思，通过添加添加剂即能实现粉体的缺陷调控得到致密化的超高温陶瓷，同时，加入的添加剂还能一定程度上优化超高温陶瓷粉体的合成条件。基于该构思，本发明的具体实施例如下：
第一方面，本发明提供了一种超高温陶瓷致密化方法，所述方法包括：
S1，按照添加剂与原料混合物之间的目标比例，在合成所述超高温陶瓷粉体的过程中添加所述添加剂以实现缺陷调控，得到超高温陶瓷粉体；其中，所述添加剂包括B粉、NaCl、Na2B4O7、KCl中的至少一种；其中，所述原料混合物为所述合成所述超高温陶瓷粉体的原料。
S2，对所述超高温陶瓷粉体进行烧结，以得到致密化的超高温陶瓷。
在本发明实施例中，所述的目标比例可以是添加剂与超高温陶瓷粉体混合原料的质量比，也可以表示为添加剂的质量分数。
其中，粉体的烧结方法可以为热压烧结、无压烧结、等离子烧结等常见烧结方法。
本发明实施例中，在合成粉体的过程中，通过控制添加剂的添加量，利用添加剂辅助合成，实现粉体的缺陷调控，从而使其具有较高的缺陷浓度，以此得到致密度较高的超高温陶瓷。通常，粉体中都存在大量的位错，而这些位错的量就用位错密度来表示，位错密度定义为单位体积晶体中所含的位错线的总长度；位错密度的另一个定义是：穿过单位截面积的位错线数目，单位也是1/平方厘米。一般来说，当粉体具有较高的位错密度，则能够具有较高的晶格畸变能，即粉体具有较高的活性，从而能够经烧结得到致密化的超高温陶瓷。另一方面，由于B粉、NaCl、Na2B4O7、KCl做添加剂还可一定程度降低粉体合成过程中的温度，提升粉体的细度，在提升了粉体烧结活性的同时，还能一定程度上简化合成工艺。
优选地，图2示出了确定所述目标比例的的步骤流程图，如图2所示，所述确定方法包括：
步骤S210，获取添加不同比例的添加剂所合成的超高温陶瓷粉体。
实际中，不同比例可以是多个不同的质量分数，如添加剂的质量分数为2％、3％、5％、10％等等，针对每一个比例，按照质量分数称取添加剂和超高温陶瓷粉体原料，形成多个实验组进行合成，其中每个实验组针对一种添加剂比例。其中，超高温陶瓷粉体的原料可以为碳粉、氧化锆、硼酸等常见超高温陶瓷粉体的合成原料。
步骤S211，确定每种比例下合成后的超高温陶瓷粉体的位错密度。
在实验过程中，控制每个实验组的合成条件，以添加剂的质量分数为单一变量进行合成，针对每个实验组合成的超高温陶瓷粉体的位错密度进行计算从而确定每种比例下合成后的超高温陶瓷粉体的位错密度。
步骤S212，将位错密度在1015m-2及以上的超高温陶瓷粉体所对应的比例，确定为所述目标比例。
实际中，将每个实验组计算得到的超高温陶瓷粉体的位错密度与1015m-2进行比较，若所得位错密度的值在此数值及以上，则这个实验组的比例可以作为目标比例。经过实验，从以下实施例可知，一般所得目标比例可在2-20％之间。
优选地，所述添加剂的质量分数小于20％。
通常认为，在粉体的位错密度达到1015m-2及以上时，表示该粉体具有较高的位错密度，则该粉体具有较高的缺陷浓度，因此可以达到较高的烧结活性烧结得到致密度较高的超高温陶瓷粉体，另一方面，由于添加剂实质上添加的是杂质元素，为保证最后所得超高温陶瓷的性能，需要限制添加剂的质量小于20％以保证超高温陶瓷的纯度。
优选地，所述合成超高温陶瓷粉体的方法包括：碳热还原法、溶胶凝胶法中的任意一种。
优选地，所述确定每种比例下合成后的超高温陶瓷粉体的位错密度的计算方法包括结合X射线衍射的多重卷积轮廓拟合方法。
优选地，所述结合X射线衍射的多重卷积轮廓拟合方法具体包括：
对每种添加剂合成的超高温陶瓷粉体，通过X射线衍射获得粉末的衍射曲线、晶格参数等数据，在不同物理效应函数卷积叠加的基础上，通过公式(1～3)拟合可得到位错密度。其中，晶格参数包括晶粒分布函数以及晶粒应变函数。
IM(2θ)＝∑hkl(Is*ID*IINST)+IBG (1)
式中：IM—衍射曲线函数；ID—晶粒应变函数；IS—晶粒分布函数；IINST—仪器轮廓函数；IBG—背景函数。
式中：erfc—误差互补函数；m和σ—对数正态分布函数的中值和方差；ΔK＝(2cosθ)Δθ/λ。
式中：ρ—位错密度；b—伯氏矢量；C—对比因子；g—衍射矢量，|g|＝2sinθ/λ；f()—应力函数，η＝L/Re；L—傅里叶变量；Re—位错有效外截止半径。
优选地，所述烧结方法包括：无压烧结法、热压烧结法、热等静压烧结法和放电等离子烧结法中的任意一种。
第二方面，本发明提供了一种超高温陶瓷，所述超高温陶瓷采用上述第一方面所述的超高温陶瓷致密化方法制备得到。
为使本领域技术人员更好的理解本发明，以下通过多个具体的实施例来说明本发明的一种。
实施例1：
以B粉为添加剂，采用碳热还原法制备ZrB2粉体，取样采用X射线衍射获得衍射曲线和晶格参数等基础数据，利用CMWP-fit方法计算粉体的位错密度，得出B粉添加量为2％时碳热还原法制备的ZrB2粉体位错密度为1.42×1016m-2；而采用同样的碳热还原法制备ZrB2粉体，不添加B粉时，计算所得ZrB2粉体的位错密度为6.49×1011m-2。将调控后的粉体采用热压烧结法致密化，得到ZrB2陶瓷，测得陶瓷的致密度为95.8％。
结果表明，相对于不添加B粉碳热还原法制备的粉体ZrB2位错密度大幅度提升，缺陷浓度提高，添加B粉辅助实现了ZrB2粉体的缺陷调控；缺陷调控后所得超高温陶瓷致密度大幅度提高。
实施例2：
以NaCl粉为添加剂，采用碳热还原法制备HfB2粉体，取样采用X射线衍射获得衍射曲线和晶格参数等基础数据，利用CMWP-fit方法计算粉体的位错密度，得出NaCl粉添加量为3％时碳热还原法制备的HfB2粉体位错密度为7.92×1015m-2。将调控后的粉体采用热压烧结法致密化，得到HfB2陶瓷，测得陶瓷的致密度为99％。
结果表明，相对于不添加NaCl粉碳热还原法制备的粉体HfB2位错密度大幅度提升，缺陷浓度提高，添加NaCl粉辅助实现了HfB2粉体的缺陷调控；缺陷调控后所得超高温陶瓷致密度大幅度提高。
实施例3：
以KCl粉为添加剂，采用碳热还原法制备HfC粉体，取样采用X射线衍射获得衍射曲线和晶格参数等基础数据，利用CMWP-fit方法计算粉体的位错密度，得出KCl粉添加量为5％时碳热还原法制备的HfC粉体位错密度为4.31×1015m-2；而采用同样的碳热还原法制备HfC粉体，不添加KCl粉时，计算所得HfC粉体的位错密度为2.56×1011m-2。将调控后的粉体采用热压烧结法致密化，得到HfC陶瓷，测得陶瓷的致密度为97.6％。
结果表明，相对于不添加KCl粉碳热还原法制备的粉体HfC位错密度大幅度提升，缺陷浓度提高，添加KCl粉辅助实现了HfC粉体的缺陷调控；缺陷调控后所得超高温陶瓷致密度大幅度提高。
实施例4：
以KCl粉为添加剂，采用碳热还原法制备HfC粉体，取样采用X射线衍射获得衍射曲线和晶格参数等基础数据，利用CMWP-fit方法计算粉体的位错密度，得出KCl粉添加量为10％时碳热还原法制备的HfC粉体位错密度为9.66×1015m-2；而采用同样的碳热还原法制备HfC粉体，不添加KCl粉时，计算所得HfC粉体的位错密度为2.56×1011m-2。将调控后的粉体采用热压烧结法致密化，得到HfC陶瓷，测得陶瓷的致密度为98.3％。
结果表明，相对于不添加KCl粉碳热还原法制备的粉体HfC位错密度大幅度提升，缺陷浓度提高，添加KCl粉辅助实现了HfC粉体的缺陷调控；缺陷调控后所得超高温陶瓷致密度大幅度提高。
实施例5：
以Na2B4O7粉为添加剂，采用碳热还原法制备ZrB2粉体，取样采用X射线衍射获得衍射曲线和晶格参数等基础数据，利用CMWP-fit方法计算粉体的位错密度，得出Na2B4O7粉添加量为15％时碳热还原法制备的ZrB2粉体位错密度为1.16×1016m-2；而采用同样的碳热还原法制备ZrB2粉体，不添加B粉时，计算所得ZrB2粉体的位错密度为6.49×1011m-2。将调控后的粉体采用热压烧结法致密化，得到ZrB2陶瓷，测得陶瓷的致密度为98.04％。
结果表明，相对于不添加Na2B4O7粉碳热还原法制备的粉体ZrB2位错密度大幅度提升，缺陷浓度提高，添加Na2B4O7粉辅助实现了ZrB2粉体的缺陷调控；缺陷调控后所得超高温陶瓷致密度大幅度提高。
实施例6：
以Na2B4O7粉为添加剂，采用碳热还原法制备ZrB2粉体，取样采用X射线衍射获得衍射曲线和晶格参数等基础数据，利用CMWP-fit方法计算粉体的位错密度，得出Na2B4O7粉添加量为20％时碳热还原法制备的ZrB2粉体位错密度为2.11×1016m-2；而采用同样的碳热还原法制备ZrB2粉体，不添加Na2B4O7粉时，计算所得ZrB2粉体的位错密度为6.49×1011m-2。将调控后的粉体采用热压烧结法致密化，得到ZrB2陶瓷，测得陶瓷的致密度为99％。
结果表明，相对于不添加Na2B4O7粉碳热还原法制备的粉体ZrB2位错密度大幅度提升，缺陷浓度提高，添加Na2B4O7粉辅助实现了ZrB2粉体的缺陷调控；缺陷调控后所得超高温陶瓷致密度大幅度提高。
根据实施例结果可知，本发明通过添加添加剂实现超高温陶瓷粉体的缺陷调控，使得合成的超高温陶瓷粉体具有较高的位错密度，较高的缺陷浓度，从而提高了超高温陶瓷粉体的烧结活性，能够烧结得到致密度在95％以上的超高温陶瓷。
对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和部件并不一定是本发明所必须的。
以上对本发明所提供的一种超高温陶瓷的致密化方法、超高温陶瓷进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (5)
1.一种超高温陶瓷致密化方法，其特征在于，所述方法包括：
按照添加剂与原料混合物之间的目标比例，在合成超高温陶瓷粉体的过程中添加所述添加剂以实现缺陷调控，得到超高温陶瓷粉体；所述超高温陶瓷粉体为HfB2粉体，其中，所述添加剂为NaCl；其中，所述原料混合物为合成所述HfB2粉体的原料；其中，所述添加剂用于提高所述HfB2粉体的位错密度，以提高所述HfB2粉体的烧结活性；对所述HfB2粉体进行烧结，以得到致密化的HfB2陶瓷；其中，所述目标比例的确定方法包括：
获取添加不同比例的添加剂所合成的HfB2粉体；
确定每种比例下合成后的HfB2粉体的位错密度；
将位错密度在1015m-2及以上的HfB2粉体所对应的比例，确定为所述目标比例；
其中，所述NaCl添加量为3％；
其中，所述HfB2粉体的位错密度为7.92×1015m-2；
其中，所述HfB2陶瓷的致密度为99％。
2.根据权利要求1所述的超高温陶瓷致密化方法，其特征在于，所述合成超高温陶瓷粉体的方法包括：碳热还原法、溶胶凝胶法中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的超高温陶瓷致密化方法，其特征在于，所述确定每种比例下合成后的超高温陶瓷粉体的位错密度的计算方法包括结合X射线衍射的多重卷积轮廓拟合方法。
4.根据权利要求1所述的超高温陶瓷致密化方法，其特征在于，所述烧结方法包括：无压烧结法、热压烧结法、热等静压烧结法和放电等离子烧结法中的任意一种。
5.一种超高温陶瓷，其特征在于，所述超高温陶瓷采用上述权利要求1-4任一所述的超高温陶瓷致密化方法制备得到。
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Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5505865A (en) * | 1989-07-11 | 1996-04-09 | Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Synthesis process for advanced ceramics |
| CN101844766A (zh) * | 2010-06-12 | 2010-09-29 | 武汉理工大学 | 快速制备碳化锆陶瓷粉体的方法 |
| CN105732043A (zh) * | 2016-03-01 | 2016-07-06 | 郑州大学 | 一种熔盐辅助碳热还原制备碳化铪陶瓷粉体的方法 |
| CN105732042A (zh) * | 2016-03-01 | 2016-07-06 | 郑州大学 | 一种熔盐辅助低温制备碳化钽超细粉体的方法 |
| CN106631033A (zh) * | 2016-12-27 | 2017-05-10 | 北京有色金属研究总院 | 一种ZrB2粉体的制备方法 |
| CN107098703A (zh) * | 2017-04-20 | 2017-08-29 | 哈尔滨工业大学 | 一种TiB2‑TiC陶瓷复合材料及其制备方法 |
| CN108546130A (zh) * | 2018-07-19 | 2018-09-18 | 广东工业大学 | 一种超高温陶瓷及其制备方法 |
| CN110128148A (zh) * | 2019-04-26 | 2019-08-16 | 山东科技大学 | 一种氮化铬陶瓷膜的制备方法 |
| WO2020133928A1 (zh) * | 2018-12-23 | 2020-07-02 | 上海交通大学 | 一种致密HfC(Si)-HfB2复相陶瓷的制备方法 |
| CN111533560A (zh) * | 2020-05-13 | 2020-08-14 | 武汉理工大学 | 一种碳化硼基复合陶瓷材料及其制备方法 |
| CN111732437A (zh) * | 2020-07-08 | 2020-10-02 | 淄博星澳新材料研究院有限公司 | 超高温复相陶瓷粉体的制备方法及其致密化工艺 |
| CN111825458A (zh) * | 2020-07-31 | 2020-10-27 | 中南大学 | 一种高致密碳化硼陶瓷材料及其无压烧结的制备方法 |
| CN112062575A (zh) * | 2019-10-23 | 2020-12-11 | 有研工程技术研究院有限公司 | 一种10B丰度均匀可控的ZrB2粉体的制备方法 |
| CN114269711A (zh) * | 2019-12-16 | 2022-04-01 | 住友电工硬质合金株式会社 | 立方晶氮化硼烧结体 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7803732B1 (en) * | 2006-05-09 | 2010-09-28 | BAE Systems Advanced Ceramics, Inc. | Compositions for improved ceramic armor |
| US11667576B2 (en) * | 2019-03-08 | 2023-06-06 | Purdue Research Foundation | Methods of enhancing the deformability of ceramic materials and ceramic materials made thereby |
-
2022
- 2022-04-02 CN CN202210342262.0A patent/CN114956832B/zh active Active
Patent Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5505865A (en) * | 1989-07-11 | 1996-04-09 | Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Synthesis process for advanced ceramics |
| CN101844766A (zh) * | 2010-06-12 | 2010-09-29 | 武汉理工大学 | 快速制备碳化锆陶瓷粉体的方法 |
| CN105732043A (zh) * | 2016-03-01 | 2016-07-06 | 郑州大学 | 一种熔盐辅助碳热还原制备碳化铪陶瓷粉体的方法 |
| CN105732042A (zh) * | 2016-03-01 | 2016-07-06 | 郑州大学 | 一种熔盐辅助低温制备碳化钽超细粉体的方法 |
| CN106631033A (zh) * | 2016-12-27 | 2017-05-10 | 北京有色金属研究总院 | 一种ZrB2粉体的制备方法 |
| CN107098703A (zh) * | 2017-04-20 | 2017-08-29 | 哈尔滨工业大学 | 一种TiB2‑TiC陶瓷复合材料及其制备方法 |
| CN108546130A (zh) * | 2018-07-19 | 2018-09-18 | 广东工业大学 | 一种超高温陶瓷及其制备方法 |
| WO2020133928A1 (zh) * | 2018-12-23 | 2020-07-02 | 上海交通大学 | 一种致密HfC(Si)-HfB2复相陶瓷的制备方法 |
| CN110128148A (zh) * | 2019-04-26 | 2019-08-16 | 山东科技大学 | 一种氮化铬陶瓷膜的制备方法 |
| CN112062575A (zh) * | 2019-10-23 | 2020-12-11 | 有研工程技术研究院有限公司 | 一种10B丰度均匀可控的ZrB2粉体的制备方法 |
| CN114269711A (zh) * | 2019-12-16 | 2022-04-01 | 住友电工硬质合金株式会社 | 立方晶氮化硼烧结体 |
| CN111533560A (zh) * | 2020-05-13 | 2020-08-14 | 武汉理工大学 | 一种碳化硼基复合陶瓷材料及其制备方法 |
| CN111732437A (zh) * | 2020-07-08 | 2020-10-02 | 淄博星澳新材料研究院有限公司 | 超高温复相陶瓷粉体的制备方法及其致密化工艺 |
| CN111825458A (zh) * | 2020-07-31 | 2020-10-27 | 中南大学 | 一种高致密碳化硼陶瓷材料及其无压烧结的制备方法 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| 唐磊等.碳化硼.《轻量化材料技术》.国防工业出版社,2014,第192页. * |
| 李云凯等.陶瓷及其复合材料.北京理工大学出版社,2007,第257页. * |
| 碳热还原反应制备ZrB2粉体工艺研究;杨磊;《中国优秀硕士学位论文全文数据库》;20161115;第35、41和51页 * |
| 裴立宅.高技术陶瓷材料.合肥工业大学出版社,2015,第197页. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114956832A (zh) | 2022-08-30 |
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