本發(fā)明涉及陶瓷材料，尤其涉及一種超高溫陶瓷材料及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著航空航天工業(yè)的快速發(fā)展，能夠在超高溫(≥2000℃)和極端環(huán)境下保持物理和化學(xué)穩(wěn)定性的超高溫陶瓷(uhtcs)越來(lái)越受到人們的關(guān)注。傳統(tǒng)超高溫陶瓷大多屬于高共價(jià)鍵陶瓷，如過(guò)渡金屬碳化物(zrc、tic)、硼化物(zrb2、tib2)和氮化物(zrn、tin)等，具有熔點(diǎn)高、化學(xué)穩(wěn)定性好、導(dǎo)熱系數(shù)高、熱膨脹系數(shù)低、力學(xué)性能優(yōu)異等特點(diǎn)。然而，由于其強(qiáng)共價(jià)鍵結(jié)合帶來(lái)的本征脆性及難以加工的特性，限制了這些材料在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用。max相陶瓷(一類(lèi)三元層狀過(guò)渡族金屬化合物，m代表過(guò)渡族金屬元素，a代表主族元素，c代表碳或氮元素)雖然具有良好的可加工性和損傷容限，但其在高溫(1400℃)下分解嚴(yán)重，無(wú)法作為超高溫陶瓷材料，進(jìn)而對(duì)其廣泛應(yīng)用造成了很大的阻礙。

2、因此，非常有必要開(kāi)發(fā)具有高損傷容限及可加工性能的超高溫陶瓷材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種超高溫陶瓷材料及其制備方法與應(yīng)用，旨在提供具有高損傷容限及可加工性能的超高溫陶瓷材料以解決現(xiàn)有超高溫陶瓷材料脆性大、難以加工的問(wèn)題。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、本發(fā)明的第一方面，提供一種超高溫陶瓷材料的制備方法，其中，所述超高溫陶瓷材料的制備方法包括如下步驟：

4、將sc粉、b4c粉和石墨粉進(jìn)行混合，得到混合粉體；

5、將所述混合粉體進(jìn)行預(yù)壓，得到壓實(shí)體；

6、將所述壓實(shí)體進(jìn)行熱壓燒結(jié)，得到sc2b1.1c3.2塊體，即得到所述超高溫陶瓷材料。

7、可選地，所述預(yù)壓的方式為單軸壓實(shí)，所述單軸壓實(shí)采用的壓力為5～7mpa。

8、可選地，所述熱壓燒結(jié)采用的工藝條件為：

9、惰性氣體氣氛，燒結(jié)溫度為1650～1750℃，燒結(jié)時(shí)間為0.5～1.5h，軸向壓力為30～40mpa。

10、可選地，將所述混合粉體置于石墨模具中進(jìn)行預(yù)壓，得到壓實(shí)體，將內(nèi)部含有壓實(shí)體的石墨模具置于真空熱壓燒結(jié)爐中進(jìn)行熱壓燒結(jié)；或，

11、將所述混合粉體置于石墨模具中，然后整體置于真空熱壓燒結(jié)爐中，先進(jìn)行預(yù)壓，得到壓實(shí)體，然后將所述壓實(shí)體進(jìn)行熱壓燒結(jié)。

12、可選地，所述sc粉、b4c粉和石墨粉的摩爾比為(7.9～8.1):(1.0～1.2):(11.1～11.3)。

13、可選地，將sc粉、b4c粉和石墨粉進(jìn)行球磨混合，得到混合粉體，所述球磨混合的時(shí)間為2～6h。

14、可選地，將sc粉、b4c粉和石墨粉進(jìn)行混合后得到混合粉體前，還包括干燥的步驟。

15、可選地，所述超高溫陶瓷材料的制備方法具體包括如下步驟：

16、按照(7.9～8.1):(1.0～1.2):(11.1～11.3)的摩爾比，將sc粉、b4c粉和石墨粉進(jìn)行球磨混合2～6h，干燥后，得到混合粉體；

17、將所述混合粉體置于石墨模具中，在5～7mpa的壓力下進(jìn)行單軸壓實(shí)，得到壓實(shí)體；

18、將所述內(nèi)部含有壓實(shí)體的石墨模具置于真空熱壓燒結(jié)爐中，以5～10℃/min的升溫速率升溫到1650～1750℃，然后在流動(dòng)的惰性氣體氣氛、溫度為1650～1750℃以及軸向壓力為30～40mpa的條件下進(jìn)行熱壓燒結(jié)0.5～1.5h，得到所述超高溫陶瓷材料；或，

19、所述超高溫陶瓷材料的制備方法具體包括如下步驟：

20、按照(7.9～8.1):(1.0～1.2):(11.1～11.3)的摩爾比，將sc粉、b4c粉和石墨粉進(jìn)行球磨混合2～6h，干燥后，得到混合粉體；

21、將所述混合粉體置于石墨模具中，然后整體置于真空熱壓燒結(jié)爐中，在5～7mpa的壓力下進(jìn)行單軸壓實(shí)得到壓實(shí)體；

22、然后以5～10℃/min的升溫速率升溫到1650～1750℃，使得所述壓實(shí)體在流動(dòng)的惰性氣體氣氛、溫度為1650～1750℃以及軸向壓力為30～40mpa的條件下進(jìn)行熱壓燒結(jié)0.5～1.5h，得到所述超高溫陶瓷材料。

23、本發(fā)明的第二方面，提供一種超高溫陶瓷材料，其中，所述超高溫陶瓷材料由本發(fā)明如上所述的制備方法制備得到。

24、本發(fā)明的第三方面，提供一種本發(fā)明如上所述的超高溫陶瓷材料在航空航天領(lǐng)域中的應(yīng)用。

25、有益效果：本發(fā)明采用原位熱壓燒結(jié)法制備得到高純度、高致密性的sc2b1.1c3.2塊體，制備方法簡(jiǎn)單，且制備得到的sc2b1.1c3.2塊體不僅具有高損傷容限、良好的可加工性以及優(yōu)異的力學(xué)性能，還具有max相陶瓷材料所不具備的2000℃以上的高溫穩(wěn)定性，在航空航天領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。因此，采用本發(fā)明提供的制備方法制備得到了具有高損傷容限和易加工性的超高溫陶瓷材料，解決了現(xiàn)有超高溫陶瓷材料具有本征脆性缺陷、難以加工的問(wèn)題。

技術(shù)特征：

1.一種超高溫陶瓷材料的制備方法，其特征在于，所述超高溫陶瓷材料的制備方法包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高溫陶瓷材料的制備方法，其特征在于，所述預(yù)壓的方式為單軸壓實(shí)，所述單軸壓實(shí)采用的壓力為5～7mpa。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超高溫陶瓷材料的制備方法，其特征在于，所述熱壓燒結(jié)采用的工藝條件為：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高溫陶瓷材料的制備方法，其特征在于，將所述混合粉體置于石墨模具中進(jìn)行預(yù)壓，得到壓實(shí)體，將內(nèi)部含有壓實(shí)體的石墨模具置于真空熱壓燒結(jié)爐中進(jìn)行熱壓燒結(jié)；或，

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超高溫陶瓷材料的制備方法，其特征在于，所述sc粉、b4c粉和石墨粉的摩爾比為(7.9～8.1):(1.0～1.2):(11.1～11.3)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高溫陶瓷材料的制備方法，其特征在于，將sc粉、b4c粉和石墨粉進(jìn)行球磨混合，得到混合粉體，所述球磨混合的時(shí)間為2～6h。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高溫陶瓷材料的制備方法，其特征在于，將sc粉、b4c粉和石墨粉進(jìn)行混合后得到混合粉體前，還包括干燥的步驟。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高溫陶瓷材料的制備方法，其特征在于，所述超高溫陶瓷材料的制備方法具體包括如下步驟：

9.一種超高溫陶瓷材料，其特征在于，所述超高溫陶瓷材料由權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的制備方法制備得到。

10.一種權(quán)利要求9所述的超高溫陶瓷材料在航空航天領(lǐng)域中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)一種超高溫陶瓷材料及其制備方法與應(yīng)用，涉及陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域。超高溫陶瓷材料的制備方法包括如下步驟：將Sc粉、B<subgt;4</subgt;C粉和石墨粉進(jìn)行混合，得到混合粉體；將混合粉體進(jìn)行預(yù)壓，得到壓實(shí)體；將壓實(shí)體進(jìn)行熱壓燒結(jié)，得到Sc<subgt;2</subgt;B<subgt;1.1</subgt;C<subgt;3.2</subgt;塊體，即所述超高溫陶瓷材料。本發(fā)明采用原位熱壓燒結(jié)法制備得到具有高純度、高致密性、高損傷容限、良好的可加工性、優(yōu)異的力學(xué)性能以及2000℃以上的高溫穩(wěn)定性的Sc<subgt;2</subgt;B<subgt;1.1</subgt;C<subgt;3.2</subgt;塊體，且制備方法簡(jiǎn)單。因此，本發(fā)明制備得到了具有高損傷容限和易加工性的超高溫陶瓷材料，在航空航天領(lǐng)域技術(shù)廣闊的應(yīng)用前景，解決了現(xiàn)有超高溫陶瓷材料具有本征脆性缺陷、難以加工的問(wèn)題。

技術(shù)研發(fā)人員：趙國(guó)瑞,田莉,王恩哥
受保護(hù)的技術(shù)使用者：松山湖材料實(shí)驗(yàn)室
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2