硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料及其制備方法，它涉及一種陶瓷復(fù)合材料及其制備方法。本發(fā)明是要解決現(xiàn)有的硅硼碳氮陶瓷復(fù)合材料抗熱震損傷性能和抗高溫?zé)g損傷性能仍不夠理想，不能夠在高于1500℃高溫?zé)g環(huán)境下安全服役的問題。本發(fā)明硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料以硅粉、石墨粉、六方氮化硼粉、鋯粉和硼粉為原料，經(jīng)球磨混合以及熱壓燒結(jié)而成。制備方法：將原料按一定比例稱取后球磨混合，然后再進(jìn)行燒結(jié)即得到硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料；另一種方法：先將稱取的鋯粉和硼粉球磨混合，再加入硅粉、石墨粉、六方氮化硼粉繼續(xù)球磨混合，然后再進(jìn)行燒結(jié)即得到硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料。本發(fā)明可用于制備硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料。
【專利說明】硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種陶瓷復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]航空、航天、冶金、機(jī)械、能源、化工等技術(shù)的快速發(fā)展對(duì)耐高溫材料提出了更高的要求。例如，速度大于5馬赫的超音速飛行器、推重比大于15的航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)要求材料能夠在溫度高于2200°C的高溫?zé)g環(huán)境下安全服役。經(jīng)過研究人員多年的努力，以碳化硅、氮化硅為代表的耐高溫陶瓷材料體系已經(jīng)在航空航天領(lǐng)域中得到了很好的應(yīng)用。但是，無論碳化硅還是氮化硅，當(dāng)溫度高于1500°C時(shí)，其強(qiáng)度、抗氧化性能、抗熱震性能以及耐高溫?zé)g性能都會(huì)快速下降。因此，研究人員需要開發(fā)一種能夠在溫度高于1500°C的高溫環(huán)境下安全服役的新型耐高溫材料。
[0003]硅硼碳氮陶瓷復(fù)合材料本身極強(qiáng)的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)賦予其較高的熱穩(wěn)定性、抗高溫氧化、抗熱震性、抗燒蝕、抗高溫蠕變等性能，加之其具有密度低、彈性模量低、熱膨脹系數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)，可作為一種新型高溫航天防熱結(jié)構(gòu)材料。
[0004]經(jīng)過將近17年的發(fā)展，截至目前，硅硼碳氮陶瓷塊體材料的主要制備方法有兩種，即有機(jī)先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法和機(jī)械合金化-壓力燒結(jié)法。在2003年以前，研究人員利用首先合成有機(jī)先驅(qū)體，然后在緩慢裂解生成無機(jī)粉末，最后再制備陶瓷材料，所涉及專利分別是 US2005/0026769-A1、TO9606813-A、DE4447534-A1、DE19741458-A1、DE19741459-A1、DE19741460-A1。利用此路線合成的硅硼碳氮陶瓷材料具有良好的高溫穩(wěn)定性和抗氧化性能，但是存在有機(jī)原料成本高、污染環(huán)境、工藝復(fù)雜、合成條件要求苛刻(需要無水無氧)、產(chǎn)率低、材料致密度低不能有效滿足實(shí)際使用要求等缺點(diǎn)，這極大地限制了硅硼碳氮陶瓷材料在工程方面的大規(guī)模應(yīng)用。后來，Zhihua Yang等研究人員發(fā)明了機(jī)械合金化-壓力燒結(jié)法制備娃硼碳氮陶瓷材料(Zh1-Hua Yang,` Yu Zhou, De-ChangJia, etal.Materials Scienceand Engineering A, 489 (2008) 187~192.)。先將原料混合球磨后得到非晶態(tài)的粉末，然后采用熱壓燒結(jié)工藝燒結(jié)獲得材料。該合成路線成本低、制備工藝簡單、材料致密度高，綜合力學(xué)性能良好，但是嚴(yán)格地說，抗熱震損傷性能和抗高溫?zé)g損傷性能仍不夠理想，不能夠在高于1500°C高溫?zé)g環(huán)境下安全服役，這也在一定程度上限制了硅硼碳氮陶瓷材料在高溫領(lǐng)域的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明是要解決現(xiàn)有的硅硼碳氮陶瓷復(fù)合材料抗熱震損傷性能和抗高溫?zé)g損傷性能仍不夠理想，不能夠在高于1500°C高溫?zé)g環(huán)境下安全服役的問題，而提供了硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料及其制備方法。
[0006]本發(fā)明硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料是以硅粉、石墨粉、六方氮化硼粉、鋯粉和硼粉為原料，經(jīng)球磨混合以及熱壓燒結(jié)而成；所述的原料中硅粉與石墨粉的摩爾比為2:3，石墨粉與六方氮化硼粉的摩爾比為3:1，鋯粉與硼粉的摩爾比為1:2，石墨粉與鋯粉摩爾比為(I~10): 1，石墨粉與硼粉的摩爾比為(0.5~8):1 ;所述的硅粉的純度為99%~99.9%，粒徑為I μ m~20 μ m ;所述的石墨粉的純度為99%~99.9%,粒徑為I μ m~20 μ m ;所述的六方氮化硼粉的純度為99%~99.9%，粒徑為I μ m~20 μ m ;所述的鋯粉的純度為99%~99.9%，粒徑為I μ m~20 μ m ;所述的硼粉的純度為99%~99.9%，粒徑為I μ m~100 μ m。
[0007]上述硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料的制備方法，按以下步驟進(jìn)行:
[0008]一、稱取各組分:稱取硅粉、石墨粉、六方氮化硼粉、鋯粉和硼粉作為原料，所述的原料中硅粉與石墨粉的摩爾比為2:3，石墨粉與六方氮化硼粉的摩爾比為3:1，鋯粉與硼粉的摩爾比為1:2，石墨粉與鋯粉摩爾比為(I~10): 1，石墨粉與硼粉的摩爾比為(0.5~8):1 ;其中所述的硅粉的純度為99%~99.9%，粒徑為I μ m~20 μ m ;所述的石墨粉的純度為99%~99.9%，粒徑為I μ m~20 μ m ;所述的六方氮化硼粉的純度為99%~99.9%，粒徑為I μ m~20 μ m ;所述的錯(cuò)粉的純度為99%~99.9%,粒徑為I μ m~20 μ m ;所述的硼粉的純度為99%~99.9%,粒徑為I μ m~100 μ m ;
[0009]二、球磨:將步驟一稱取的原料放入到球磨罐中，球料比為(10~100):1，在氬氣保護(hù)下進(jìn)行球磨Ih~50h，得到非晶態(tài)復(fù)合粉末；所述的球料比為磨球與步驟一稱取的原料的質(zhì)量比，所述的磨球直徑為3mm~12mm ；
[0010]三、熱壓燒結(jié):將步驟二得到的非晶態(tài)復(fù)合粉末進(jìn)行熱壓燒結(jié)，即得到硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料。
[0011]本發(fā)明的方法制得的硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料密度為3.90g/cm3~4.20g/cm3,抗彎強(qiáng)度為220MPa~410MPa，彈性模量為130GPa~250GPa，硬度為3.6GPa~10.0GPa,斷裂韌性為2.80MPa.m1/2~3.30MPa.m1/2，具有優(yōu)異的綜合力學(xué)性能；與現(xiàn)有純的硅硼碳氮陶瓷復(fù)合材料的性能相比，本發(fā)明制備得到的硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度變化不大，彈性模量提高了 31.0%以上，斷裂韌性提高了 14.3%以上，而抗熱震損傷性能好的材料應(yīng)具有盡可能高的彈性模量、`斷裂韌性和盡可能低的強(qiáng)度，因此，本發(fā)明制備得到的硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料具有較好的抗熱震損傷性能。
[0012]本發(fā)明硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料制備中所使用的原料易得，價(jià)格低廉，制備過程簡單，制備周期短，制備要求低；本發(fā)明硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料的制備成本低；本發(fā)明的硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料綜合力學(xué)性能和耐高溫性能良好，適于制造航天防熱用核心零部件，如航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、航天器機(jī)頭錐帽等。
[0013]本發(fā)明硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料是以硅粉、石墨粉、六方氮化硼粉、鋯粉和硼粉為原料，經(jīng)球磨混合以及熱壓燒結(jié)而成；所述的硅粉:石墨粉:六方氮化硼粉:鋯粉:硼粉的摩爾比為2:3:1:0.5:1 ;所述的硅粉的純度為99%~99.9%，粒徑為I μ m~20 μ m ;所述的石墨粉的純度為99%~99.9%，粒徑為I μ m~20 μ m ;所述的六方氮化硼粉的純度為99%~99.9%，粒徑為I μ m~20 μ m ;所述的鋯粉的純度為99%~99.9%，粒徑為I μ m~20 μ m ;所述的硼粉的純度為99%~99.9%，粒徑為I μ m~100 μ m。
[0014]上述硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料的制備方法，按以下步驟進(jìn)行:
[0015]一、稱取各組分:按照硅粉:石墨粉:六方氮化硼粉:鋯粉:硼粉的摩爾比為2:3:1:0.5:1的比例分別稱取硅粉、石墨粉、六方氮化硼粉、鋯粉和硼粉，其中所述的硅粉的純度為99%~99.9%，粒徑為I μ m~20 μ m ;所述的石墨粉的純度為99%~99.9%，粒徑為I μ m~20 μ m ;所述的六方氮化硼粉的純度為99%~99.9%，粒徑為I μ m~20 μ m ;所述的鋯粉的純度為99%~99.9%，粒徑為I μ m~20 μ m ;所述的硼粉的純度為99%~99.9%，粒徑為 I μ m ~ 100 μ m ；[0016]二、球磨:①、將步驟一稱取的鋯粉和硼粉裝入球磨罐中，球料比為(10~100):1，在氬氣保護(hù)下球磨Ih~20h，得到球磨混合物；所述的球料比為磨球的質(zhì)量與步驟一稱取的鋯粉和硼粉的總質(zhì)量之比，所述的磨球直徑為3_~12_ 、再將步驟一稱取的硅粉、石墨粉和六方氮化硼粉加入到球磨混合物中，球料比為(10~100):1，在氬氣保護(hù)下繼續(xù)球磨Ih~50h，得到非晶態(tài)復(fù)合粉末；所述的球料比為磨球的質(zhì)量與步驟一稱取的硅粉、石墨粉和六方氮化硼粉以及步驟二的①得到的球磨混合物的總質(zhì)量之比，所述的磨球直徑為3mm ~10mm ；
[0017]三、熱壓燒結(jié):將步驟二得到的非晶態(tài)復(fù)合粉末進(jìn)行熱壓燒結(jié)，即得到硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料。
[0018]本發(fā)明的方法制得的硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料密度為3.00g/cm3~4.00g/cm3,抗彎強(qiáng)度為2IOMPa~400MPa，彈性模量為160GPa~270GPa，硬度為3.0GPa~9.0GPa,斷裂韌性為2.1OMPa.m1/2~3.20MPa.m1/2，具有優(yōu)異的綜合力學(xué)性能；與現(xiàn)有純的硅硼碳氮陶瓷復(fù)合材料的性能相比，本發(fā)明制備得到的硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度降低了24.0%以上，彈性模量提高了 47.5%以上，斷裂韌性提高了 7.1%以上，而抗熱震損傷性能好的材料應(yīng)具有盡可能高的彈性模量、斷裂韌性和盡可能低的強(qiáng)度，因此，本發(fā)明制備得到的硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料具有較好的抗熱震損傷性能。
[0019]本發(fā)明硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料制備中所使用的原料易得，價(jià)格低廉，制備過程簡單，制備周期短，制備要求低；本發(fā)明硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料的制備成本低；本發(fā)明的硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料綜合力學(xué)性能和耐高溫性能良好，適于制造航天防熱用核心零部件，如航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、航天器機(jī)頭錐帽等。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為試驗(yàn)一步驟二制得的非晶態(tài)復(fù)合粉末的XRD圖譜；
[0021]圖2為試驗(yàn)一制備的硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料的XRD圖譜；
[0022]圖3為試驗(yàn)二步驟二制得的非晶態(tài)復(fù)合粉末的XRD圖譜；
[0023]圖4為XRD對(duì)比圖，圖4中的b為試驗(yàn)一的方法制備的硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料的XRD圖譜，圖4中的a為試驗(yàn)二的方法制備的硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料的XRD圖譜。
【具體實(shí)施方式】
[0024]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料是以硅粉、石墨粉、六方氮化硼粉、鋯粉和硼粉為原料，經(jīng)球磨混合以及熱壓燒結(jié)而成；所述的原料中硅粉與石墨粉的摩爾比為2:3，石墨粉與六方氮化硼粉的摩爾比為3:1，鋯粉與硼粉的摩爾比為1:2，石墨粉與鋯粉摩爾比為(I~10):1，石墨粉與硼粉的摩爾比為(0.5~8):1 ;所述的硅粉的純度為99%~99.9%,粒徑為I μ m~20 μ m ;所述的石墨粉的純度為99%~99.9%,粒徑為I μ m~20 μ m ;所述的六方氮化硼粉的純度為99%~99.9%，粒徑為I μ m~20 μ m ;所述的鋯粉的純度為99%~99.9%,粒徑為I μ m~20 μ m ;所述的硼粉的純度為99%~99.9%,粒徑為I μ m~100 μ m0[0025]本實(shí)施方式所述的硅粉的晶型是立方的，可從市場上購買得到。
[0026]【具體實(shí)施方式】二:【具體實(shí)施方式】一的硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料的制備方法，按以下步驟進(jìn)行:
[0027]—、稱取各組分:稱取硅粉、石墨粉、六方氮化硼粉、鋯粉和硼粉作為原料，所述的原料中硅粉與石墨粉的摩爾比為2:3，石墨粉與六方氮化硼粉的摩爾比為3:1，鋯粉與硼粉的摩爾比為1:2，石墨粉與鋯粉摩爾比為(I~10): 1，石墨粉與硼粉的摩爾比為(0.5~8):1 ;其中所述的硅粉的純度為99%~99.9%，粒徑為I μ m~20 μ m ;所述的石墨粉的純度為99%~99.9%，粒徑為I μ m~20 μ m ;所述的六方氮化硼粉的純度為99%~99.9%，粒徑為I μ m~20 μ m ;所述的錯(cuò)粉的純度為99%~99.9%,粒徑為I μ m~20 μ m ;所述的硼粉的純度為99%~99.9%,粒徑為I μ m~100 μ m ;
[0028]二、球磨:將步驟一稱取的原料放入到球磨罐中，球料比為(10~100):1，在氬氣保護(hù)下進(jìn)行球磨Ih~50h，得到非晶態(tài)復(fù)合粉末；所述的球料比為磨球與步驟一稱取的原料的質(zhì)量比，所述的磨球直徑為3mm~12mm ；
[0029]三、熱壓燒結(jié):將步驟二得到的非晶態(tài)復(fù)合粉末進(jìn)行熱壓燒結(jié)，即得到硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料。
[0030]本實(shí)施方式步驟二中所述的球磨機(jī)為振動(dòng)式球磨機(jī)或行星式球磨機(jī),球磨時(shí),球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為300rpm~700rpm。
[0031]本實(shí)施方式步驟二中得到的非晶態(tài)復(fù)合粉末同時(shí)存在硅硼碳氮鋯五種元素，并且這五種元素形成了 B-C-N、S1-C, C-B、B-N, C_C、Zr-0, Zr-B等多種形式的鍵合，這說明本實(shí)施方式中硅粉、石墨粉、六方氮化硼粉、鋯粉和硼粉經(jīng)過球磨后達(dá)到了原子尺度上的復(fù)合。
[0032]本實(shí)施方式的方法制得的硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料密度為3.90g/cm3~4.20g/cm3,抗彎強(qiáng)度為220MPa~410MPa，彈性模`量為130GPa~250GPa，硬度為3.6GPa~
10.0GPa,斷裂韌性為2.80MPa.m1/2~3.30MPa.m1/2，具有優(yōu)異的綜合力學(xué)性能；與現(xiàn)有純的硅硼碳氮陶瓷復(fù)合材料的性能相比，本發(fā)明制備得到的硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度變化不大，彈性模量提高了 31.0%以上，斷裂韌性提高了 14.3%以上，而抗熱震損傷性能好的材料應(yīng)具有盡可能高的彈性模量、斷裂韌性和盡可能低的強(qiáng)度，因此，本實(shí)施方式制備得到的硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料具有較好的抗熱震損傷性能。
[0033]本實(shí)施方式硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料制備中所使用的原料易得，價(jià)格低廉，制備過程簡單，制備周期短，制備要求低；本實(shí)施方式硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料的制備成本低；本實(shí)施方式的硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料綜合力學(xué)性能和耐高溫性能良好，適于制造航天防熱用核心零部件，如航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、航天器機(jī)頭錐帽等。
[0034]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】二不同的是:步驟二中將步驟一稱取的原料放入到球磨罐中，球料比為(10~90):1,在IS氣保護(hù)下進(jìn)行球磨15h~35h,得到非晶態(tài)復(fù)合粉末；所述的球料比為磨球與步驟一稱取的原料的質(zhì)量比，所述的磨球直徑為5mm~8mm。其它與【具體實(shí)施方式】二相同。
[0035]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】二或三不同的是:步驟一中所述的原料中硅粉與石墨粉的摩爾比為2:3，石墨粉與六方氮化硼粉的摩爾比為3:1，鋯粉與硼粉的摩爾比為1: 2，石墨粉與鋯粉摩爾比為2:1，石墨粉與硼粉的摩爾比為3:1。其它與【具體實(shí)施方式】二或三相同。[0036]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】二至四之一不同的是:步驟一中所述的原料中硅粉與石墨粉的摩爾比為2:3，石墨粉與六方氮化硼粉的摩爾比為3:1，鋯粉與硼粉的摩爾比為1: 2，石墨粉與鋯粉摩爾比為3:1，石墨粉與硼粉的摩爾比為3:1。其它與【具體實(shí)施方式】二至四之一相同。
[0037]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】二至五之一不同的是:步驟一中所述的原料中硅粉與石墨粉的摩爾比為2:3，石墨粉與六方氮化硼粉的摩爾比為3:1，鋯粉與硼粉的摩爾比為1: 2，石墨粉與鋯粉摩爾比為6:1，石墨粉與硼粉的摩爾比為2:1。其它與【具體實(shí)施方式】二至五之一相同。
[0038]【具體實(shí)施方式】七:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】二至六之一不同的是:步驟一中所述的原料中硅粉與石墨粉的摩爾比為2:3，石墨粉與六方氮化硼粉的摩爾比為3:1，鋯粉與硼粉的摩爾比為1:2，石墨粉與鋯粉摩爾比為1.5:1，石墨粉與硼粉的摩爾比為1:1。其它與【具體實(shí)施方式】二至六之一相同。
[0039]【具體實(shí)施方式】八:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】二至七之一不同的是:步驟二中將步驟一稱取的原料放入到球磨罐中，球料比為50:1，在氬氣保護(hù)下進(jìn)行球磨20h，得到非晶態(tài)復(fù)合粉末；所述的球料比為磨球與步驟一稱取的原料的質(zhì)量比，所述的磨球直徑為6mm。其它與【具體實(shí)施方式】二至七之一相同。
[0040]【具體實(shí)施方式】九:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】二至八之一不同的是:步驟二中將步驟一稱取的原料放入到球磨罐中，球料比為10:1，在氬氣保護(hù)下進(jìn)行球磨35h，得到非晶態(tài)復(fù)合粉末；所述的球料比為磨球與步驟一稱取的原料的質(zhì)量比，所述的磨球直徑為8mm。其它與【具體實(shí)施方式】二至八 之一相同。
[0041]【具體實(shí)施方式】十:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】二至九之一不同的是:步驟二中將步驟一稱取的原料放入到球磨罐中，球料比為90:1，在氬氣保護(hù)下進(jìn)行球磨15h，得到非晶態(tài)復(fù)合粉末；所述的球料比為磨球與步驟一稱取的原料的質(zhì)量比，所述的磨球直徑為5mm。其它與【具體實(shí)施方式】二至九之一相同。
[0042]【具體實(shí)施方式】十一:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】二至十之一不同的是:步驟三中熱壓燒結(jié)的燒結(jié)條件為:燒結(jié)溫度為1400°C~2000°C，壓力為IOMPa~50MPa，燒結(jié)氣氛為真空或氮?dú)?，燒結(jié)保溫時(shí)間為IOmin~60min。其它與【具體實(shí)施方式】二至十之一相同。
[0043]【具體實(shí)施方式】十二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】二至十一之一不同的是:步驟三中熱壓燒結(jié)的燒結(jié)條件為:燒結(jié)溫度為1600°C~1800°C，壓力為15MPa~35MPa，燒結(jié)氣氛為真空或氮?dú)?，燒結(jié)保溫時(shí)間為20min~40min。其它與【具體實(shí)施方式】二至^ 之一相同。
[0044]【具體實(shí)施方式】十三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】二至十二之一不同的是:步驟三中熱壓燒結(jié)的燒結(jié)條件為:燒結(jié)溫度為1700°C，壓力為30MPa，燒結(jié)氣氛為真空或氮?dú)?，燒結(jié)保溫時(shí)間為20min。其它與【具體實(shí)施方式】二至十二之一相同。
[0045]【具體實(shí)施方式】十四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】二至十三之一不同的是:步驟三中熱壓燒結(jié)的燒結(jié)條件為:燒結(jié)溫度為1800°C，壓力為20MPa，燒結(jié)氣氛為真空或氮?dú)?，燒結(jié)保溫時(shí)間為15min。其它與【具體實(shí)施方式】二至十三之一相同。
[0046]【具體實(shí)施方式】十五:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】二至十四之一不同的是:步驟三中熱壓燒結(jié)的燒結(jié)條件為:燒結(jié)溫度為1600°C，壓力為35MPa，燒結(jié)氣氛為真空或氮?dú)?，燒結(jié)保溫時(shí)間為15min。其它與【具體實(shí)施方式】二至十四之一相同。[0047]【具體實(shí)施方式】十六:本實(shí)施方式硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料是以硅粉、石墨粉、六方氮化硼粉、鋯粉和硼粉為原料，經(jīng)球磨混合以及熱壓燒結(jié)而成；所述的硅粉:石墨粉:六方氮化硼粉:鋯粉:硼粉的摩爾比為2:3:1:0.5:1 ;所述的硅粉的純度為99%~99.9%，粒徑為I μ m~20 μ m ;所述的石墨粉的純度為99%~99.9%,粒徑為I μ m~20 μ m ;所述的六方氮化硼粉的純度為99%~99.9%，粒徑為I μ m~20 μ m ;所述的鋯粉的純度為99%~99.9%，粒徑為I μ m~20 μ m ;所述的硼粉的純度為99%~99.9%，粒徑為I μ m~100 μ m。
[0048]【具體實(shí)施方式】十七:【具體實(shí)施方式】十六的硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料的制備方法，按以下步驟進(jìn)行:
[0049]一、稱取各組分:按照硅粉:石墨粉:六方氮化硼粉:鋯粉:硼粉的摩爾比為2:3:1:0.5:1的比例分別稱取硅粉、石墨粉、六方氮化硼粉、鋯粉和硼粉，其中所述的硅粉的純度為99%~99.9%，粒徑為I μ m~20 μ m ;所述的石墨粉的純度為99%~99.9%，粒徑為I μ m~20 μ m ;所述的六方氮化硼粉的純度為99%~99.9%，粒徑為I μ m~20 μ m ;所述的鋯粉的純度為99%~99.9%，粒徑為I μ m~20 μ m ;所述的硼粉的純度為99%~99.9%，粒徑為 I μ m ~ 100 μ m ；
[0050]二、球磨:①、將步驟一稱取的鋯粉和硼粉裝入球磨罐中，球料比為(10~100): 1，在氬氣保護(hù)下球磨Ih~20h，得到球磨混合物；所述的球料比為磨球的質(zhì)量與步驟一稱取的鋯粉和硼粉的總質(zhì)量之比，所述的磨球直徑為3_~12_ 、再將步驟一稱取的硅粉、石墨粉和六方氮化硼粉加入到球磨混合物中，球料比為(10~100):1，在氬氣保護(hù)下繼續(xù)球磨Ih~50h，得到非晶態(tài)復(fù)合粉末；所述的球料比為磨球的質(zhì)量與步驟一稱取的硅粉、石墨粉和六方氮化硼粉以及步驟二的①得到的球磨混合物的總質(zhì)量之比，所述的磨球直徑為3mm ~IOmm ；
[0051]三、熱壓燒結(jié):將步驟二得到的非晶態(tài)復(fù)合粉末進(jìn)行熱壓燒結(jié)，即得到硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料。`
[0052]本實(shí)施方式步驟二中所述的球磨機(jī)為振動(dòng)式球磨機(jī)或轉(zhuǎn)速高的行星式球磨機(jī),球磨時(shí)，球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為300rpm~700rpm。
[0053]本實(shí)施方式步驟二中得到的非晶態(tài)包裹納米晶的復(fù)合粉末同時(shí)存在硅硼碳氮鋯五種元素，并且這五種元素形成了 B-C-N、S1-C, C-B、B-N, C_C、Zr-0, Zr-B等多種形式的鍵合，這說明本實(shí)施方式中硅粉、石墨粉、六方氮化硼粉、鋯粉和硼粉經(jīng)過球磨后達(dá)到了原子尺度上的復(fù)合。
[0054]本實(shí)施方式的方法制得的硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料密度為3.00g/cm3~4.0Og/cm3,抗彎強(qiáng)度為2IOMPa~400MPa，彈性模量為160GPa~270GPa，硬度為3.0GPa~9.0GPa,斷裂韌性為2.1OMPa.m1/2~3.20MPa.m1/2，具有優(yōu)異的綜合力學(xué)性能；與現(xiàn)有純的硅硼碳氮陶瓷復(fù)合材料的性能相比，本發(fā)明制備得到的硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度降低了 24.0%以上，彈性模量提高了 47.5%以上，斷裂韌性提高了 7.1%以上，而抗熱震損傷性能好的材料應(yīng)具有盡可能高的彈性模量、斷裂韌性和盡可能低的強(qiáng)度，因此，本實(shí)施方式制備得到的硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料具有較好的抗熱震損傷性能。
[0055]本實(shí)施方式硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料制備中所使用的原料易得，價(jià)格低廉，制備過程簡單，制備周期短，制備要求低；本實(shí)施方式硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料的制備成本低；本實(shí)施方式的硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料綜合力學(xué)性能和耐高溫性能良好，適于制造航天防熱用核心零部件，如航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、航天器機(jī)頭錐帽等。
[0056]【具體實(shí)施方式】十八:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】十七不同的是:步驟二的①中將步驟一稱取的鋯粉和硼粉裝入球磨罐中，球料比為(10~90):1，在氬氣保護(hù)下球磨5h~20h，得到球磨混合物；所述的球料比為磨球的質(zhì)量與步驟一稱取的鋯粉和硼粉的總質(zhì)量之t匕，所述的磨球直徑為5mm~8mm。其它與【具體實(shí)施方式】十七相同。
[0057]【具體實(shí)施方式】十九:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】十七或十八不同的是:步驟二的①中將步驟一稱取的鋯粉和硼粉裝入球磨罐中，球料比為50:1，在氬氣保護(hù)下球磨IOh~15h，得到球磨混合物；所述的球料比為磨球的質(zhì)量與步驟一稱取的鋯粉和硼粉的總質(zhì)量之t匕，所述的磨球直徑為5mm~8mm。其它與【具體實(shí)施方式】十七或十八相同。
[0058]【具體實(shí)施方式】二十:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】十七至十九之一不同的是:步驟二的①中將步驟一稱取的鋯粉和硼粉裝入球磨罐中，球料比為90:1，在氬氣保護(hù)下球磨15h，得到球磨混合物；所述的球料比為磨球的質(zhì)量與步驟一稱取的鋯粉和硼粉的總質(zhì)量之t匕，所述的磨球直徑為5mm。其它與【具體實(shí)施方式】十七至十九之一相同。
[0059]【具體實(shí)施方式】二十一:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】十七至二十之一不同的是:步驟二的①中將步驟一稱取的鋯粉和硼粉裝入球磨罐中，球料比為10:1，在氬氣保護(hù)下球磨20h，得到球磨混合物；所述的球料比為磨球的質(zhì)量與步驟一稱取的鋯粉和硼粉的總質(zhì)量之t匕，所述的磨球直徑為8mm。其它與【具體實(shí)施方式】十七至二十之一相同。
[0060]【具體實(shí)施方式】二十二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】十七至二十一之一不同的是:步驟二的②中再將步驟一稱取的硅粉、石墨粉和六方氮化硼粉加入到球磨混合物中，球料比為(10~90):1,在IS氣保 護(hù)下繼續(xù)球磨5h~40h,得到非晶態(tài)復(fù)合粉末；所述的球料比為磨球的質(zhì)量與步驟一稱取的硅粉、石墨粉和六方氮化硼粉以及步驟二的①得到的球磨混合物的總質(zhì)量之比，所述的磨球直徑為5mm~8_。其它與【具體實(shí)施方式】十七至二^ 之一相同。
[0061]【具體實(shí)施方式】二十三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】十七至二十二之一不同的是:步驟二的②中再將步驟一稱取的硅粉、石墨粉和六方氮化硼粉加入到球磨混合物中，球料比為50:1，在氬氣保護(hù)下繼續(xù)球磨20h，得到非晶態(tài)復(fù)合粉末；所述的球料比為磨球的質(zhì)量與步驟一稱取的硅粉、石墨粉和六方氮化硼粉以及步驟二的①得到的球磨混合物的總質(zhì)量之比，所述的磨球直徑為6_。其它與【具體實(shí)施方式】十七至二十二之一相同。
[0062]【具體實(shí)施方式】二十四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】十七至二十三之一不同的是:步驟二的②中再將步驟一稱取的硅粉、石墨粉和六方氮化硼粉加入到球磨混合物中，球料比為(10~90):1,在IS氣保護(hù)下繼續(xù)球磨15h~35h,得到非晶態(tài)復(fù)合粉末；所述的球料比為磨球的質(zhì)量與步驟一稱取的硅粉、石墨粉和六方氮化硼粉以及步驟二的①得到的球磨混合物的總質(zhì)量之比，所述的磨球直徑為5mm~8mm。其它與【具體實(shí)施方式】十七至二十三之一相同。
[0063]【具體實(shí)施方式】二十五:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】十七至二十四之一不同的是:步驟二的②中再將步驟一稱取的硅粉、石墨粉和六方氮化硼粉加入到球磨混合物中，球料比為50:1,在気氣保護(hù)下繼續(xù)球磨15h,得到非晶態(tài)復(fù)合粉末；所述的球料比為磨球的質(zhì)量與步驟一稱取的硅粉、石墨粉和六方氮化硼粉以及步驟二的①得到的球磨混合物的總質(zhì)量之比，所述的磨球直徑為6_。其它與【具體實(shí)施方式】十七至二十四之一相同。[0064]【具體實(shí)施方式】二十六:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】十七至二十五之一不同的是:步驟二的②中再將步驟一稱取的硅粉、石墨粉和六方氮化硼粉加入到球磨混合物中，球料比為90:1,在気氣保護(hù)下繼續(xù)球磨25h,得到非晶態(tài)復(fù)合粉末；所述的球料比為磨球的質(zhì)量與步驟一稱取的硅粉、石墨粉和六方氮化硼粉以及步驟二的①得到的球磨混合物的總質(zhì)量之比，所述的磨球直徑為5mm。其它與【具體實(shí)施方式】十七至二十五之一相同。
[0065]【具體實(shí)施方式】二十七:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】十七至二十六之一不同的是:步驟三中熱壓燒結(jié)的燒結(jié)條件為:燒結(jié)溫度為1400°C~2000°C，壓力為IOMPa~50MPa，燒結(jié)氣氛為真空或氮?dú)?，燒結(jié)保溫時(shí)間為Imin~60min。其它與【具體實(shí)施方式】十七至二十六之一相同。
[0066]【具體實(shí)施方式】二十八:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】十七至二十七之一不同的是:步驟三中熱壓燒結(jié)的燒結(jié)條件為:燒結(jié)溫度為1600°C~1800°C，壓力為15MPa~35MPa，燒結(jié)氣氛為真空或氮?dú)?，燒結(jié)保溫時(shí)間為Imin~40min。其它與【具體實(shí)施方式】十七至二十七之一相同。
[0067]【具體實(shí)施方式】二十九:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】十七至二十八之一不同的是:步驟三中熱壓燒結(jié)的燒結(jié)條件為:燒結(jié)溫度為1700°C，壓力為15MPa~35MPa，燒結(jié)氣氛為真空或氮?dú)猓瑹Y(jié)保溫時(shí)間為25min。其它與【具體實(shí)施方式】十七至二十八之一相同。
[0068]【具體實(shí)施方式】三十:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】十七至二十九之一不同的是:步驟三中熱壓燒結(jié)的燒結(jié)條件為:燒結(jié)溫度為1800°C，壓力為20MPa，燒結(jié)氣氛為真空或氮?dú)?，燒結(jié)保溫時(shí)間為35min。其它與【具體實(shí)施方式】十七至二十九之一相同。
[0069]【具體實(shí)施方式】三十一:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】十七至三十之一不同的是:步驟三中熱壓燒結(jié)的燒結(jié)條件為:燒結(jié)溫度為1600°C，壓力為35MPa，燒結(jié)氣氛為真空或氮?dú)?，燒結(jié)保溫時(shí)間為50min。其它與【具體實(shí)施方式】十七至三十之一相同。
[0070]采用下述試驗(yàn)驗(yàn)證本發(fā)明的效果:
[0071]試驗(yàn)一:硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料的制備方法，按以下步驟進(jìn)行:
[0072]—、稱取各組分:稱取硅粉、石墨粉、六方氮化硼粉、鋯粉和硼粉作為原料，所述的原料中硅粉與石墨粉的摩爾比為2:3，石墨粉與六方氮化硼粉的摩爾比為3:1，鋯粉與硼粉的摩爾比為1:2，石墨粉與鋯粉摩爾比為2:1，石墨粉與硼粉的摩爾比為1.5:1 ;其中所述的硅粉的純度為99.0%，粒徑為15 μ m ;所述的石墨粉的純度為99.5%，粒徑為2.0 μ m ;所述的六方氮化硼粉的純度為99.0%，粒徑為20 μ m ;所述的鋯粉的純度為99.0%，粒徑為10 μ m ;所述的硼粉的純度為99.0%,粒徑為45 μ m ;
[0073]二、球磨:將步驟一稱取的原料放入到球磨罐中，球料比為20:1，在氬氣保護(hù)下進(jìn)行球磨20h，得到非晶態(tài)復(fù)合粉末；所述的球料比為磨球與步驟一稱取的原料的質(zhì)量比，所述的磨球直徑為8mm ；
[0074]三、熱壓燒結(jié):將步驟二得到的非晶態(tài)復(fù)合粉末進(jìn)行熱壓燒結(jié)，即得到硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料。
[0075]本試驗(yàn)步驟二 中所述的球磨機(jī)為振動(dòng)式球磨機(jī)，球磨時(shí)，球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為500rpm。
[0076]采用日本理光電機(jī)D/max- Y B型X射線衍射儀對(duì)步驟二得到的非晶態(tài)復(fù)合粉末進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如圖1所示，圖1為本試驗(yàn)步驟二制得的非晶態(tài)復(fù)合粉末的XRD圖譜，☆代表ZrB2，由圖1可知，本試驗(yàn)步驟二中得到的非晶態(tài)復(fù)合粉末同時(shí)存在硅硼碳氮鋯五種元素，并且這五種元素形成了 B-C-N、S1-C, C-B、B-N, C_C、Zr-O, Zr-B等多種形式的鍵合，這說明本試驗(yàn)中硅粉、石墨粉、六方氮化硼粉、鋯粉和硼粉經(jīng)過球磨后達(dá)到了原子尺度上的復(fù)合。
[0077]本試驗(yàn)步驟三中熱壓燒結(jié)的燒結(jié)條件為:燒結(jié)溫度為1950°C，壓力為30MPa，燒結(jié)保溫時(shí)間為30分鐘,氮?dú)獗Ｗo(hù),氮?dú)獾膲毫橐粋€(gè)大氣壓。
[0078]采用日本理光電機(jī)D/max- Y B型X射線衍射儀對(duì)本試驗(yàn)制備的硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如圖2所示，圖2為本試驗(yàn)制備的硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料的XRD圖譜，圖2中的☆代表ZrB2,〇代表BN (C)，?代表ZrN，□代表m_Zr02，Λ代表SiC，由圖2可知，本試驗(yàn)制備得到的硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料的微觀組織主要由6H-SiC、3C-SiC、BCN, ZrN、ZrB2相和少量的雜質(zhì)相U-ZrO2和ZrOx)組成。
[0079]經(jīng)分析測(cè)試可知，本試驗(yàn)制備得到的硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料的密度為4.1Og/cm3，抗彎強(qiáng)度為395MPa，彈性模量為210GPa，硬度為7.8GPa，斷裂韌性為3.20MPa.m1/2 ;與現(xiàn)有純的硅硼碳氮陶瓷復(fù)合材料的性能相比，本試驗(yàn)制備得到的硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度變化不大，彈性模量提高了約31.0%，斷裂韌性提高了約14.3%，而抗熱震損傷性能好的材料應(yīng)具有盡可能高的彈性模量、斷裂韌性和盡可能低的強(qiáng)度，因此，本試驗(yàn)制備得到的硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料具有較好的抗熱震損傷性能。
[0080]另外，ZrB2相的存在可以提聞基體材料的耐聞溫性能,提聞材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而提高材料的耐燒蝕損傷性能，因此，本試驗(yàn)制備得到的硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料具有較好的耐燒蝕損傷性能。
[0081]綜上所述，本試驗(yàn)硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料具有優(yōu)異的綜合力學(xué)性能和耐高溫性倉泛。
[0082]試驗(yàn)二:硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料的另一種制備方法，按以下步驟進(jìn)行:
[0083]一、稱取各組分:按照硅粉:石墨粉:六方氮化硼粉:鋯粉:硼粉的摩爾比為2:3:1:0.5:1的比例分別稱取硅粉、`石墨粉、六方氮化硼粉、鋯粉和硼粉，其中所述的硅粉的純度為99.9%，粒徑為15 μ m ;所述的石墨粉的純度為99.5%，粒徑為2.0 μ m ;所述的六方氮化硼粉的純度為99.0%,粒徑為20 μ m ;所述的錯(cuò)粉的純度為99.0%,粒徑為10 μ m ;所述的硼粉的純度為99.0%，粒徑為45 μ m ;
[0084]二、球磨:①、將步驟一稱取的鋯粉和硼粉裝入球磨罐中，球料比為40:1，在氬氣保護(hù)下球磨18h，得到球磨混合物；所述的球料比為磨球的質(zhì)量與步驟一稱取的鋯粉和硼粉的總質(zhì)量之比，所述的磨球直徑為IOmm 、再將步驟一稱取的硅粉、石墨粉和六方氮化硼粉加入到球磨混合物中，球料比為40:1，在氬氣保護(hù)下繼續(xù)球磨20h，得到非晶態(tài)復(fù)合粉末；所述的球料比為磨球的質(zhì)量與步驟一稱取的硅粉、石墨粉和六方氮化硼粉以及步驟二的①得到的球磨混合物的總質(zhì)量之比，所述的磨球直徑為IOmm ；
[0085]三、熱壓燒結(jié):將步驟二得到的非晶態(tài)復(fù)合粉末進(jìn)行熱壓燒結(jié)，即得到硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料。
[0086]本試驗(yàn)步驟二中所述的球磨機(jī)行星式球磨機(jī),球磨時(shí),球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為500rpm。
[0087]采用日本理光電機(jī)D/max- Y B型X射線衍射儀對(duì)步驟二得到的非晶態(tài)復(fù)合粉末進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如圖3所示，圖3為本試驗(yàn)步驟二制得的非晶態(tài)復(fù)合粉末的XRD圖譜，☆代表ZrB2，由圖3可知，本試驗(yàn)步驟二中得到的非晶態(tài)包裹納米晶的復(fù)合粉末同時(shí)存在硅硼碳氮鋯五種元素，并且這五種元素形成了 B-C-N、S1-C, C-B、B-N, C_C、Zr-0, Zr-B等多種形式的鍵合，這說明本試驗(yàn)中硅粉、石墨粉、六方氮化硼粉、鋯粉和硼粉經(jīng)過球磨后達(dá)到了原子尺度上的復(fù)合。
[0088]本試驗(yàn)步驟三中熱壓燒結(jié)的燒結(jié)條件為:燒結(jié)溫度為1950°C，壓力為30MPa，燒結(jié)保溫時(shí)間為30分鐘，氮?dú)獗Ｗo(hù)，壓力為一個(gè)大氣壓。
[0089]經(jīng)分析測(cè)試可知，本試驗(yàn)制備得到的硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料的微觀組織主要由6H-SiC、3C-SiC、BCN, ZrN、ZrB2相和少量的雜質(zhì)相(m_Zr02和ZrOx)組成。本試驗(yàn)制備得到的硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料的密度為3.42g/cm3，抗彎強(qiáng)度為248.5MPa，彈性模量為235.4GPa，硬度為3.76GPa，斷裂韌性為3.02MPa.m1/2 ;與現(xiàn)有純的硅硼碳氮陶瓷復(fù)合材料的性能相比，本試驗(yàn)制備得到的硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度降低了約24.0%，彈性模量提高了約47.5%，斷裂韌性提高了約7.1%，而抗熱震損傷性能好的材料應(yīng)具有盡可能高的彈性模量、斷裂韌性和盡可能低的強(qiáng)度，因此，本試驗(yàn)制備得到的硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料具有較好的抗熱震損傷性能。
[0090]另外，ZrB2相的存在可以提聞基體材料的耐聞溫性能,提聞材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而提高材料的耐燒蝕損傷性能，因此，本試驗(yàn)制備得到的硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料具有較好的耐燒蝕損傷性能。
[0091]綜上所述，本試驗(yàn)制備得到的硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料具有良好的綜合力學(xué)性能和耐高溫性能。
[0092]試驗(yàn)一和試驗(yàn)二這兩種不同方法獲得的硅硼碳氮鋯陶瓷粉末在微觀組織形貌以及化學(xué)鍵種類上沒有明顯區(qū) 別，試驗(yàn)一和試驗(yàn)二這兩種不同方法獲得的硅硼碳氮鋯陶瓷塊體的物相組成、力學(xué)性能和耐高溫性能沒有本質(zhì)上的差別，只是兩者XRD圖譜(如圖4所示，圖4為XRD對(duì)比圖，圖4中的☆代表ZrB2,〇代表BN(C)，?代表ZrN，□代表m_Zr02，Λ代表SiC, ?代表ZrOx,圖4中的b為試驗(yàn)一的方法制備的硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料的XRD圖譜，圖4中的a為試驗(yàn)二的方法制備的硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料的XRD圖譜)表明，采用試驗(yàn)二的方法獲得的復(fù)合陶瓷塊體中ZrB2相的衍射強(qiáng)度較低，而ZrN相的衍射強(qiáng)度較高。
【權(quán)利要求】
1.硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料，其特征在于硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料是以硅粉、石墨粉、六方氮化硼粉、鋯粉和硼粉為原料，經(jīng)球磨混合以及熱壓燒結(jié)而成；所述的原料中硅粉與石墨粉的摩爾比為2:3，石墨粉與六方氮化硼粉的摩爾比為3:1，鋯粉與硼粉的摩爾比為1:2，石墨粉與鋯粉摩爾比為(I~10): 1，石墨粉與硼粉的摩爾比為(0.5~8):1 ;所述的硅粉的純度為99%~99.9%，粒徑為I μ m~20 μ m ;所述的石墨粉的純度為99%~99.9%，粒徑為I μ m~20 μ m ;所述的六方氮化硼粉的純度為99%~99.9%，粒徑為I μ m~20 μ m ;所述的鋯粉的純度為99%~99.9%，粒徑為I μ m~20 μ m ;所述的硼粉的純度為99%~99.9%，粒徑為 I μ m ~ 100 μ m。
2.如權(quán)利要求1所述的硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料的制備方法，其特征在于硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料的制備方法按以下步驟進(jìn)行: 一、稱取各組分:稱取硅粉、石墨粉、六方氮化硼粉、鋯粉和硼粉作為原料，所述的原料中硅粉與石墨粉的摩爾比為2:3，石墨粉與六方氮化硼粉的摩爾比為3:1，鋯粉與硼粉的摩爾比為1:2，石墨粉與鋯粉摩爾比為(I~10): 1，石墨粉與硼粉的摩爾比為(0.5~8):1 ;其中所述的硅粉的純度為99%~99.9%，粒徑為I μ m~20 μ m ;所述的石墨粉的純度為99%~99.9%，粒徑為I μ m~20 μ m ;所述的六方氮化硼粉的純度為99%~99.9%，粒徑為I μ m~20 μ m ;所述的鋯粉的純度為99%~99.9%，粒徑為I μ m~20 μ m ;所述的硼粉的純度為99% ~99.9%,粒徑為 I μ m ~100 μ m ; 二、球磨:將步驟一稱取的原料放入到球磨罐中，球料比為(10~100):1，在氬氣保護(hù)下進(jìn)行球磨Ih~50h，得到非晶態(tài)復(fù)合粉末；所述的球料比為磨球與步驟一稱取的原料的質(zhì)量比，所述的磨球直徑為3mm~12mm ； 三、熱壓燒結(jié):將步驟二得到的非晶態(tài)復(fù)合粉末進(jìn)行熱壓燒結(jié)，即得到硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟二中將步驟一稱取的原料放入到球磨罐中，球料比為(10~90):1，在氬氣保護(hù)下進(jìn)行球磨15h~35h，得到非晶態(tài)復(fù)合粉末；所述的球料比為磨球與步驟一稱取的原料的質(zhì)量比，所述的磨球直徑為5mm~8mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟三中熱壓燒結(jié)的燒結(jié)條件為:燒結(jié)溫度為1400°C~2000°C，壓力為IOMPa~50MPa，燒結(jié)氣氛為真空或氮?dú)?，燒結(jié)保溫時(shí)間為IOmin~60min。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟三中熱壓燒結(jié)的燒結(jié)條件為:燒結(jié)溫度為1600°C~1800°C，壓力為15MPa~35MPa，燒結(jié)氣氛為真空或氮?dú)猓瑹Y(jié)保溫時(shí)間為20min~40min。
6.硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料，其特征在于硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料是以硅粉、石墨粉、六方氮化硼粉、鋯粉和硼粉為原料，經(jīng)球磨混合以及熱壓燒結(jié)而成；所述的硅粉:石墨粉:六方氮化硼粉:錯(cuò)粉:硼粉的摩爾比為2:3:1:0.5:1 ;所述的硅粉的純度為99%~99.9%，粒徑為I μ m~20 μ m ;所述的石墨粉的純度為99%~99.9%,粒徑為I μ m~20 μ m ;所述的六方氮化硼粉的純度為99%~99.9%，粒徑為I μ m~20 μ m ;所述的鋯粉的純度為99%~99.9%,粒徑為I μ m~20 μ m ;所述的硼粉的純度為99%~99.9%,粒徑為I μ m~100 μ m。
7.如權(quán)利要求6所述的硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料的制備方法，其特征在于硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料的制備方法按以下步驟進(jìn)行: 一、稱取各組分:按照硅粉:石墨粉:六方氮化硼粉:鋯粉:硼粉的摩爾比為2:3:1:0.5:1的比例分別稱取硅粉、石墨粉、六方氮化硼粉、鋯粉和硼粉，其中所述的硅粉的純度為99%~99.9%，粒徑為I μ m~20 μ m ;所述的石墨粉的純度為99%~99.9%，粒徑為I μ m~20 μ m ;所述的六方氮化硼粉的純度為99%~99.9%，粒徑為I μ m~20 μ m ;所述的鋯粉的純度為99%~99.9%，粒徑為I μ m~20 μ m ;所述的硼粉的純度為99%~99.9%，粒徑為 I μ m ~ 100 μ m ； 二、球磨:①、將步驟一稱取的鋯粉和硼粉裝入球磨罐中，球料比為(10~100):1，在氬氣保護(hù)下球磨Ih~20h，得到球磨混合物；所述的球料比為磨球的質(zhì)量與步驟一稱取的鋯粉和硼粉的總質(zhì)量之比，所述的磨球直徑為3_~12_ 、再將步驟一稱取的硅粉、石墨粉和六方氮化硼粉加入到球磨混合物中，球料比為(10~100):1，在氬氣保護(hù)下繼續(xù)球磨Ih~50h，得到非晶態(tài)復(fù)合粉末；所述的球料比為磨球的質(zhì)量與步驟一稱取的硅粉、石墨粉和六方氮化硼粉以及步驟二的①得到的球磨混合物的總質(zhì)量之比，所述的磨球直徑為3mm ~10mm ； 三、熱壓燒結(jié):將步驟二得到的非晶態(tài)復(fù)合粉末進(jìn)行熱壓燒結(jié)，即得到硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟二的①中將步驟一稱取的鋯粉和硼粉裝入球磨罐中，球料比為(10~90): 1，在氬氣保護(hù)下球磨5h~20h，得到球磨混合物；所述的球料比為磨球的質(zhì)量與步驟一稱取的鋯粉和硼粉的總質(zhì)量之比，所述的磨球直徑為5mm~8mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的硅硼碳氮鋯陶瓷復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟三中熱壓燒結(jié)的燒結(jié)條件為:燒結(jié)溫度為1400°C~2000°C，壓力為IOMPa~50MPa，燒結(jié)氣氛為真空或氮?dú)?，燒結(jié)保溫時(shí)間為Im·in~60min。
【文檔編號(hào)】C04B35/622GK103588483SQ201310625254
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月28日
【發(fā)明者】楊治華, 賈德昌, 胡成川, 段小明, 王勝金, 梁斌 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)