一種ZrB₂－SiC超高溫陶瓷的燒結方法

專利名稱：一種ZrB₂－SiC超高溫陶瓷的燒結方法
技術領域：
本發明涉及一種超高溫陶瓷的燒結方法。
背景技術：
超高溫陶瓷材料體系中，ZrB2因具有相對較低的密度(6. 09g · cm_3)、較高的熔點(3245°C )較高的硬度(莫氏硬度為9，顯微硬度為22. IGPa)、良好的導熱性(熱導率為 23 25W · πΓ1 · Γ1)以及良好的導電性(常溫電導率為 IX 108S · πΓ1)等特點而在高溫結構陶瓷材料、陶瓷基復合材料等領域中得到廣泛地應用和關注。近年來隨著航空航天工業的發展，ZrB2基超高溫陶瓷材料的研究受到各發達國家的高度重視，成為發展極為迅速的材料之一，尤其是在抗氧化性能方面取得了顯著的成就，本世紀初成功研制出可服役于 18000C以上含氧氣氛中ZrB2-SiC超高溫陶瓷材料。超高溫陶瓷需要具有很高的致密度，一般致密度大于95%的超高溫陶瓷才能實現其在熱防護方面的作用，所以為了獲得較高的致密度，現有的熱壓燒結溫度都在1800°C以上。應用傳統制備工藝燒結制備超高溫陶瓷材料，由于燒結溫度高，能量消耗巨大，限制了超高溫陶瓷材料的應用。

發明內容
本發明是要解決現有制備ZrB2-SiC超高溫陶瓷的工藝存在燒結溫度高，能耗大的問題，而提供一種ZrB2-SiC超高溫陶瓷的燒結方法。本發明一種ZrB2-SiC超高溫陶瓷的燒結方法按以下步驟進行一、稱取ZrB2粉、 SiC粉和檸檬酸，ZrB2粉和SiC粉的體積比為(3 5) I，檸檬酸的質量為ZrB2粉和SiC 粉總質量的1% 3% ,ZrB2粉和SiC粉的平均粒徑為50 70nm ;二、向球磨罐中加入無水乙醇作為溶劑介質，然后依次加入步驟一中稱取的檸檬酸、ZrB2粉和SiC粉，球磨分散得到漿料；三、將步驟二得到的漿料烘干得到復合粉體；四、將復合粉體置于石墨模具中，在真空條件下燒結，燒結溫度為1500 1600°C，燒結壓力為25 35MPa，燒結時間為I I. 5h， 然后冷卻至室溫，得到ZrB2-SiC超高溫陶瓷。本發明的原材料采用粒徑較小的納米粉體，以檸檬酸為分散劑，在乙醇體系中進行分散處理，打開粉體之間的團聚，配合球磨工藝使納米粉體均勻的混合。由于乙醇的表面張力小，所以在干燥過程中不易發生二次團聚，使混合均勻的粉體保持納米形態。小粒徑的粉體比表面積大，在燒結過程中的致密化過程更加容易進行，所以可以在低于常規燒結溫度的條件下，實現燒結致密化，獲得高致密度的超高溫陶瓷材料。本發明的有益效果是本發明ZrB2-SiC超高溫陶瓷的燒結方法與傳統的燒結方法相比，將燒結溫度降低了約300°C，降低了能耗，本發明方法制得的ZrB2-SiC超高溫陶瓷，其致密度可達到98%,滿足其在1800°C含氧氣氛中的使用要求。本發明用于制備ZrB2-SiC超高溫陶瓷。
具體實施例方式本發明技術方案不局限于以下所列舉的具體實施方式
，還包括各具體實施方式
之間的任意組合。
具體實施方式
一本實施方式一種ZrB2-SiC超高溫陶瓷的燒結方法按以下步驟進行一、稱取ZrB2粉、SiC粉和檸檬酸，ZrB2粉和SiC粉的體積比為(3 5) 1，檸檬酸的質量為ZrB2粉和SiC粉總質量的I % 3%，ZrB2粉和SiC粉的平均粒徑為50 70nm ;二、 向球磨罐中加入無水乙醇作為溶劑介質，然后依次加入步驟一中稱取的檸檬酸、ZrB2粉和 SiC粉，球磨分散得到漿料；三、將步驟二得到的漿料烘干得到復合粉體；四、將復合粉體置于石墨模具中，在真空條件下燒結，燒結溫度為1500 1600°C，燒結壓力為25 35MPa，燒結時間為I I. 5h，然后冷卻至室溫，得到ZrB2-SiC超高溫陶瓷。本實施方式的原材料采用粒徑較小的納米粉體，以檸檬酸為分散劑，在乙醇體系中進行分散處理，打開粉體之間的團聚，配合球磨工藝使納米粉體均勻的混合。由于乙醇的表面張力小，所以在干燥過程中不易發生二次團聚，使混合均勻的粉體保持納米形態。小粒徑的粉體比表面積大，在燒結過程中的致密化過程更加容易進行，所以可以在低于常規燒結溫度的條件下，實現燒結致密化，獲得高致密度的超高溫陶瓷材料。本實施方式的有益效果是本實施方式ZrB2-SiC超高溫陶瓷的燒結方法與傳統的燒結方法相比，將燒結溫度降低了約300°C，降低了能耗，本發明方法制得的ZrB2-SiC超高溫陶瓷，其致密度可達到98%，滿足其在1800°C含氧氣氛中的使用要求。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中ZrB2粉和 SiC粉的平均粒徑為55 65nm。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一或二不同的是步驟一中ZrB2粉和SiC粉的體積比為(3. 5 4) 1，檸檬酸的質量為ZrB2粉和SiC粉總質量的I. 5% 2.5%。其它與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一或三之一不同的是步驟二中在轉速為300 400r/min的條件下，球磨分散10 12h得到漿料。其它與具體實施方式
一或三之一相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一或四之一不同的是步驟二中無水乙醇的體積為球磨罐體積的80% 95%，ZrB2粉和SiC粉的總體積為球磨罐體積的 20% 25%。其它與具體實施方式
一或四之一相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一或五之一不同的是步驟三中米用旋轉蒸發儀，在70 80°C的條件下，將步驟二得到的漿料烘干得到復合粉體。其它與具體實施方式
一或五之一相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
一或六之一不同的是步驟四中燒結溫度為1520 1580°C，燒結壓力為28 32MPa，燒結時間為I. I I. 4h。其它與具體實施方式
一或六之一相同。采用以下實施例驗證本發明的有益效果實施例一本實施例一種ZrB2-SiC超高溫陶瓷的燒結方法按以下步驟進行一、稱取ZrB2粉、 SiC粉和檸檬酸，ZrB2粉和SiC粉的體積比為3 1，檸檬酸的質量為ZrB2粉和SiC粉總質量的1%，ZrB2粉和SiC粉的平均粒徑為50nm ;二、向球磨罐中加入無水乙醇作為溶劑介質，然后依次加入步驟一中稱取的檸檬酸、ZrB2粉和SiC粉，在轉速為300r/min的條件下， 球磨分散12h得到漿料；三、采用旋轉蒸發儀，在70°C的條件下，將步驟二得到的漿料烘干得到復合粉體；四、將復合粉體置于石墨模具中，在真空度為KT1Pa,溫度為1500°C，壓力為 30MPa的條件下，燒結Ih后冷卻至室溫，得到ZrB2-SiC超高溫陶瓷。本實施方式步驟二中無水乙醇的體積為球磨罐體積的90%，ZrB2粉和SiC粉的總體積為球磨罐體積的20%，球與ZrB2粉和SiC粉總質量的比為3 I，球的材質為SiC，無水乙醇、ZrB2粉和SiC粉均是從市場上購買得到。本實施例ZrB2-SiC超高溫陶瓷的燒結方法與傳統的燒結方法相比，將燒結溫度降低了約300°C，降低了能耗，本實施例制得的ZrB2-SiC超高溫陶瓷，其致密度為98%，滿足其在1800°C以上含氧氣氛中的使用要求。致密度(相對密度)測定方法一、采用阿基米德法測量本實施例所制得的ZrB2-SiC超高溫陶瓷的實際密度， 使用光電分析天平(精度O. OOOlg)精確測量ZrB2-SiC超高溫陶瓷在空氣中的質量m和 ZrB2-SiC超高溫陶瓷在蒸餾水中的質量m7p根據公式1，計算出ZrB2-SiC超高溫陶瓷的實際密度P。測量前將試樣表面清洗吹干，至少測量三個樣，取平均值。
權利要求
1.一種ZrB2-SiC超高溫陶瓷的燒結方法，其特征在于ZrB2-SiC超高溫陶瓷的燒結方法按以下步驟進行一、稱取ZrB2粉、SiC粉和檸檬酸，ZrB2粉和SiC粉的體積比為(3 5) 1，檸檬酸的質量為ZrB2粉和SiC粉總質量的I % 3%，ZrB2粉和SiC粉的平均粒徑為50 70nm ;二、向球磨罐中加入無水乙醇作為溶劑介質,然后依次加入步驟一中稱取的檸檬酸、ZrB2粉和SiC粉，球磨分散得到漿料；三、將步驟二得到的漿料烘干得到復合粉體； 四、將復合粉體置于石墨模具中，在真空條件下燒結，燒結溫度為1500 1600°C，燒結壓力為25 35MPa，燒結時間為I I. 5h，然后冷卻至室溫，得到ZrB2-SiC超高溫陶瓷。
2.根據權利要求I所述的一種ZrB2-SiC超高溫陶瓷的燒結方法，其特征在于步驟一中 ZrB2粉和SiC粉的平均粒徑為55 65nm。
3.根據權利要求I或2所述的一種ZrB2-SiC超高溫陶瓷的燒結方法，其特征在于步驟一中ZrB2粉和SiC粉的體積比為(3. 5 4) : 1，檸檬酸的質量為ZrB2粉和SiC粉總質量的 I. 5% 2. 5%。
4.根據權利要求I所述的一種ZrB2-SiC超高溫陶瓷的燒結方法，其特征在于步驟二中在轉速為300 400r/min的條件下，球磨分散10 12h得到漿料。
5.根據權利要求I或4所述的一種ZrB2-SiC超高溫陶瓷的燒結方法，其特征在于步驟二中無水乙醇的體積為球磨罐體積的80% 95%，ZrB2粉和SiC粉的總體積為球磨罐體積的 20% 25%。
6.根據權利要求I所述的一種ZrB2-SiC超高溫陶瓷的燒結方法，其特征在于步驟三中采用旋轉蒸發儀，在70 80°C的條件下，將步驟二得到的漿料烘干得到復合粉體。
7.根據權利要求1、4或6所述的一種ZrB2-SiC超高溫陶瓷的燒結方法，其特征在于步驟四中燒結溫度為1520 1580°C，燒結壓力為28 32MPa，燒結時間為11 I. 4h。
全文摘要
一種ZrB2-SiC超高溫陶瓷的燒結方法，它涉及一種超高溫陶瓷的燒結方法。本發明要解決現有制備ZrB2-SiC超高溫陶瓷的工藝存在燒結溫度高，能耗大的問題。ZrB2-SiC超高溫陶瓷的燒結方法按以下步驟進行一、稱取ZrB2粉、SiC粉和檸檬酸；二、球磨混合，得到漿料；三、將漿料烘干得到復合粉體；四、在溫度為1500～1600℃條件下真空燒結得到ZrB2-SiC超高溫陶瓷。本發明ZrB2-SiC超高溫陶瓷的燒結方法，將燒結溫度降低了約300℃，減少了能耗，所得產物的致密度可達98％，滿足在1800℃含氧氣氛中的使用要求。本發明用于制備ZrB2-SiC超高溫陶瓷。
文檔編號C04B35/622GK102584240SQ20121001366
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月17日 優先權日2012年1月17日
發明者何汝杰, 侯楊, 張幸紅, 胡平, 金鑫鑫 申請人:哈爾濱工業大學