注漿成型製備硼化物基陶瓷的方法
2023-06-04 20:03:16
專利名稱：注漿成型製備硼化物基陶瓷的方法
技術領域：
本發明注漿成型製備硼化物基陶瓷的方法，屬於非氧化物復相陶瓷領域。
背景技術：
目前製備硼化物基陶瓷主要採用的成型方法和燒結方法分別為幹法成型與熱壓 燒結。與幹法成型方法相比，溼法成型方法更容易控制坯體顯微結構，減少坯體缺陷，並且 可以製備各種複雜形狀的陶瓷部件。在溼法成型中，注漿成型由於工藝簡單，成本低，所得 生坯密度高、顯微結構均勻，成為目前應用範圍最廣泛的溼法成型方法。另一方面，熱壓燒 結雖然可以在相對較低的溫度製備緻密的、力學性能良好的MB2-SiC陶瓷，但樣品形狀和尺 寸受限，後期加工也十分複雜和昂貴。而與熱壓燒結等方法相比，無壓燒結方法更適合於制 備淨尺寸和複雜形狀的部件，簡化後續機械加工，降低製備成本。目前，無壓燒結MB2-SiC 陶瓷一般採用的是冷等靜壓成型方法，燒結溫度在2000-2200°C時可獲得緻密的MB2-SiC陶 瓷，但受成型方法的限制，幾乎不能直接製備出複雜形狀的樣品。採用注漿成型並結合無壓 燒結製備MB2-SiC陶瓷則可同時克服上述缺點，關於此方面的研究還未見報導。
發明內容
本發明的目的是提供一種採用注漿成型法製備硼化物-碳化矽基陶瓷的方法。本發明的目的是通過下列方式實施的。即以純度大於90%的硼化物(TiB2, ZrB2, HfB2)和純度大於90%碳化矽為原料，加入硼粉混合後得到複合粉體，以中性聚合物或聚電 介質為分散劑，水為溶劑，製備出分散性、流動性好的，固含量高的，穩定的料漿，通過注漿 成型的方法，製備出硼化物基陶瓷。本發明的具體實施方法(1)選用純度大於90% TiB2, 或Hffl2粉末；純度大於90% SiC粉末為原料， 其中TiB2Ji^2或HfB2 SiC粉末的質量配比為(97 60) (3 40)，加入佔原料粉體 質量百分比0.2 5%的硼粉；優選的TiB2, ZrB2 或 HfB2 粉末粒徑為 0. 2-10 μ m ；優選的SiC粉末，粒徑為0. 1-5 μ m ；優選的硼粉純度大於95 %，粒徑為0. 1-5 μ m ；(2)以步驟(1)所得粉體，加入以聚乙烯亞胺(PEI)或丙烯酸類共聚物為分散劑， 得到固相含量為30 50vol. %的水溶液漿料；優選的分散劑用量為所述原料粉體質量的0. 5 3. Owt% ；優選的漿料的pH值為7 10，優選採用鹽酸調節；(3)漿料脫氣後倒入模具中進行注漿成型後，固化、去模、乾燥、排膠後在 2000-2200°C燒結1 3小時。優選排膠的條件為300 800°C下排膠1 釙；進一步優選排膠的條件為氬氣氣氛；
優選的燒結過程中升溫速率為1650°C以下為8-15 °C /min，1650°C以上為 15-25°C /min,本發明的優點(1)採用注漿成型工藝，過程簡單，易操作，成本低廉，可以製備出可以應用的、具 有複雜幾何形狀的大尺寸硼化物-碳化矽基陶瓷。(2)採用無壓燒結的方法，燒成溫度在2000-2200°C，保溫l_3h，可以製備出的材 料緻密度達97%以上，具有較好力學性能的硼化物-碳化矽基陶瓷。
圖1注漿後的ZrB2-SiC生坯，生坯密度為。圖2 2100°C燒結後的陶瓷，緻密度為99%。圖3 2100°C燒結得到的ZSB樣品拋光面腐蝕後的SEM圖像。可以看出，碳化矽均 勻分散於硼化鋯基體中。
具體實施例方式實施例1為製備&B2-20vol. % SiC復相材料，將Ig硼粉加入到塑料罐中，加入88. 3g硼化 鋯和11. 7g碳化矽粉末，稱取1. 3g PEI，採用鹽酸調節PH值 8. 5，混合得到30vol. %的 水溶液漿料。不斷磁力攪拌的條件下真空脫氣池，然後採用石膏模具進行注漿成型，待固化後， 將坯體取出在100°c乾燥3h，得到的生坯如圖1所示，然後在700°C流動氬氣條件下排膠 2h ；於2100°C無壓燒結燒結池。得到^B2-SiC陶瓷，如圖2所示，材料的緻密度達到99%， 圖3給出了經過酸腐蝕後的拋光面SEM照片，發現形貌呈短棒狀的SiC均勻分散於^B2基 體中。經過力學性能測試，材料的硬度為17GPa，韌性4. 5Mpa · m"2，抗彎強度440MPa。實施例2為製備ZrB2-30vol. % SiC復相材料，稱取Ig硼粉、81. 6g硼化鋯和18. 4g碳化矽 粉，稱取1. 3g PEI，採用鹽酸調節pH值 8. 5，混合得到40vol. %的水溶液漿料。按照與實施例1相同的方法脫氣、注漿成型、乾燥、排膠並燒結。材料的緻密度達 到97%，經過力學性能測試，材料的硬度為20GPa，韌性4. 6MPa · m1/2，抗彎強度460MPa。實施例3為製備HfB2-5vol. % SiC復相材料，將Ig硼粉、98. 5g硼化鉿和1. 5g碳化矽粉， 稱取1. 5g PEI，採用鹽酸調節pH值 8. 5，混合得到50vol. %的水溶液漿料。按照與實施例1相同的方法脫氣、注漿成型、乾燥、排膠並燒結。材料的緻密度達 到98%，經過力學性能測試，材料的硬度為15GPa，韌性3. SMPa · m1/2，抗彎強度410MPa。實施例4為製備HfB2-IOv ol. % SiC復相材料，將Ig硼粉、96. 9g硼化鉿和3. Ig碳化矽粉， 稱取1. 3g PEI，採用鹽酸調節pH值 7，混合得到50vol. %的水溶液漿料。按照與實施例1相同的方法製備脫氣、注漿成型、乾燥、排膠並燒結。材料的致 密度達到97%，經過力學性能測試，材料的硬度為16GPa，韌性4. IMPa · m1/2，抗彎強度470MPao實施例5為製備含TB2-SiC 5vol. %的復相材料，稱取Ig硼粉、96. 4g硼化鈦和3. 6g碳化 矽粉，稱取1. 3g PEI，採用鹽酸調節pH值 9. 5，混合得到45vol. %的水溶液漿料。按照與實施例1相同的方法製備脫氣、注漿成型、乾燥、排膠並燒結。材料的致 密度達到98%，經過力學性能測試，材料的硬度為15GPa，韌性3. 7MPa · m"2，抗彎強度 440MPao實施例6為製備TiB2-IOvol. % SiC的復相材料，將Ig硼粉、92. 7g硼化鈦和7. 3g碳化矽 粉，稱取1. 3g PEI，採用鹽酸調節pH值 9. 5，混合得到45vol. %的水溶液漿料。按照與實施例1相同的方法製備脫氣、注漿成型、乾燥、排膠並燒結。材料的致 密度達到97%，經過力學性能測試，材料的硬度為15. 5GPa，韌性4. 3MPa · m"2，抗彎強度 460MPa。實施例7為製備含TiB2-20vol. % SiC的復相材料，將Ig硼粉、84. 9g硼化鈦和15. Ig碳化 矽粉，稱取1. 3g PEI，採用鹽酸調節pH值 10，混合得到35vol. %的水溶液漿料。按照與實施例1相同的方法製備脫氣、注漿成型、乾燥、排膠並燒結。材料的致 密度達到98%，經過力學性能測試，材料的硬度為17GPa,韌性4. 6MPa · m1/2,抗彎強度 460MPa。
權利要求
1.注漿成型製備硼化物基陶瓷的方法，其特徵在於以純度大於90%的TiB2,或 HfB2和純度大於90%的碳化矽為原料，加入硼粉混合後得到複合粉體，以中性聚合物或聚 電介質為分散劑，水為溶劑，製備料漿，通過注漿成型的方法，製備出硼化物基陶瓷。
2.按權利要求1所述的方法，其特徵在於，包括下述步驟(1)選用純度大於90%TiB2, 或Hffl2粉末；純度大於90% SiC粉末為原料，其中 TiB2, 或HfB2 SiC粉末的質量配比為(97 60) (3 40)，加入佔原料粉體質量 百分比0.2 5%的硼粉；(2)以步驟(1)所得粉體，加入以聚乙烯亞胺(PEI)或丙烯酸類共聚物為分散劑，得到 固相含量為30 50vol. %的水溶液漿料；(3)漿料脫氣後倒入模具中進行注漿成型後，固化、去模、乾燥、排膠後在2000-2200°C 燒結1 3小時。
3.按權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，所述漿料的PH值為7 10，優選採用鹽酸調節。
4.按權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，所述TiB2,ZrB2或HfB2粉末粒徑為 0.2-10 μm。
5.按權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，SiC粉末粒徑為0.1-5 μ m。
6.按權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，所述硼粉純度大於95%，粒徑為 0. 1-5 μ m0
7.按權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，所述排膠的條件為300 800°C下排膠 1 5h0
8.按權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述排膠的條件為氬氣氣氛。
9.按權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，所述燒結過程中升溫速率為1650°C以 下為 8-15°C /min, 1650°C 以上為 15-25°C /min。
全文摘要
本發明涉及注漿成型製備硼化物基陶瓷的方法，屬於陶瓷材料領域。本發明以MB2(M＝Ti，Zr，Hf)和SiC為原料，硼粉為燒結助劑，聚乙烯亞胺(PEI)或丙烯酸類共聚物為分散劑，首先製備出分散性、流動性良好、穩定的水基漿料，注漿成型，坯體乾燥後於1800～2200℃的溫度下無壓燒結1-3h，獲得相對密度大於97％的緻密陶瓷。
文檔編號C04B35/622GK102126860SQ20101002282
公開日2011年7月20日 申請日期2010年1月14日 優先權日2010年1月14日
發明者張國軍, 王佩玲, 王新剛, 闞豔梅 申請人:中國科學院上海矽酸鹽研究所