-SiC三元高溫共晶復(fù)合陶瓷材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及碳化物、硼化物共晶復(fù)合陶瓷材料領(lǐng)域，特別是一種B4C-HfB2-SiC三元高溫共晶復(fù)合陶瓷材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]HfB2屬于過渡金屬硼化物，作為超高溫陶瓷材料，其具有高熔點(3250°C)、高硬度、導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能好、耐化學(xué)腐蝕、耐燒蝕、相對好的高溫抗氧化性能和抗沖擊性能等特點，但是，單一的硼化鉿材料很難燒結(jié)致密，且自身強度和韌性相對不高，限制其在苛刻環(huán)境下的應(yīng)用。
[0003]SiC也具有一些優(yōu)良的性能，主要表現(xiàn)在高硬度、優(yōu)異的抗氧化性能，好的抗沖擊性能和高溫強度。有一些文獻(xiàn)已有報道SiC可以顯著提高硼化鉿的高溫抗氧化性能，并且可抑制晶粒的生長，獲得細(xì)小的共晶組織。
[0004]B4C由于其密度小(2.529g/cm3)、高硬度、抗氧化性好、不易老化和耐腐蝕、耐酸性強等性能，有著廣泛用途。并且B4C在高溫下可以與過渡金屬氧化物反應(yīng)生成金屬硼化物，降低其顆粒表面氧化物雜質(zhì)，使晶界相之間更為干凈，另外，B4C也可以抑制硼化鉿晶粒的生長，使得材料的共晶結(jié)構(gòu)更為細(xì)小。
[0005]采用電弧熔煉法制備出的共晶陶瓷，與傳統(tǒng)方法相比，相與相之間的連接界面是熔體自生復(fù)合而成，相界面配合性好、非常干凈，且結(jié)合強度高，共晶組織細(xì)小，并呈現(xiàn)相互交錯的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使得共晶陶瓷具有優(yōu)異的高溫性能。并且B4C-HfB2-SiC復(fù)合陶瓷兼具HfB2、SiC、B4C三者的性能優(yōu)點，可作為精密加工刀具材料和超高溫陶瓷材料，有其非常廣泛的用途，如:機械加工刀具、高溫電極、爐膛元件、火箭發(fā)動機、機翼前緣、飛行器鼻錐以及超音速飛行器的熱防護(hù)系統(tǒng)等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種B4C-HfB2-SiC三元高溫共晶復(fù)合陶瓷材料及其制備方法。采用能形成共晶結(jié)構(gòu)的粉體，通過電弧熔煉的方法，制備出B4C-HfB2-SiC三元高溫共晶復(fù)合陶瓷材料，其具有共晶自生陶瓷的優(yōu)異特征，而且兼具HfB2、SiC、B4C三者的性能優(yōu)點，可作為精密加工刀具材料和超高溫陶瓷材料，有其非常廣泛的用途。
[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用以下的技術(shù)方案:
[0008]本發(fā)明提供的B4C-HfB2-SiC三元高溫共晶復(fù)合陶瓷材料，其特征是由摩爾配比為(35% -55% ):(10% -45% ):(25% -50% )的原料 B4C、HfB2、SiC 構(gòu)成。
[0009]所述的B4C-HfB2-SiC三元高溫共晶復(fù)合陶瓷材料，是將所述的三種原料經(jīng)球磨機混合均勻后，壓成片狀，通過電弧熔煉的方法，獲得的。
[0010]本發(fā)明提供的B4C-HfB2-SiC三元高溫共晶復(fù)合陶瓷材料的制備方法，具體是:通過改變B4C、HfB2, SiC粉末三者之間的配比，將其混合均勻，其中B4C的摩爾含量變化范圍為35% -55%, HfBj^摩爾含量變化范圍為10% -45%, SiC的摩爾含量變化范圍為25% -50%,然后將球磨混料工藝混合均勻后的粉體壓成片狀，放入電弧熔煉爐中，在高溫下試樣快速熔融，后隨電弧熔煉爐中銅板迅速冷卻，獲得B4C-HfB2-SiC復(fù)合陶瓷，其具有共晶結(jié)構(gòu)和特定的生長方向。
[0011]所述B4C粉末的純度為98%，粒徑為1-10 μ m。
[0012]所述HfB2粉末的純度為99%。
[0013]所述SiC粉末為β -SiC,粒徑為0.5 μ m。
[0014]所述球磨混料工藝，采用的是聚乙稀的球磨罐、瑪瑙球，球磨lh。
[0015]本方法是將球磨混料工藝混合均勻后的粉體在室溫下冷等靜壓成直徑為10_，高為5mm的片狀。
[0016]所述快速熔融和冷卻過程是在型號為ACM-SOl的電弧熔煉爐中進(jìn)行。
[0017]所述共晶結(jié)構(gòu)的生長方向為垂直于銅板方向。
[0018]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其中:
[0019]1.提供的B4C-HfB2-SiC三元高溫共晶復(fù)合陶瓷材料，具有以下的主要優(yōu)點:
[0020]該材料性能優(yōu)異，可作為精密加工刀具材料和超高溫陶瓷材料，有其非常廣泛的用途，如:機械加工刀具、高溫電極、爐膛元件、火箭發(fā)動機、機翼前緣、飛行器鼻錐以及超音速飛行器的熱防護(hù)系統(tǒng)等。
[0021 ] 2.提供的B4C-HfB2-SiC三元高溫共晶復(fù)合陶瓷材料的制備方法，具有以下的主要優(yōu)點:
[0022](I)該材料相與相之間的連接界面是熔體自生復(fù)合而成，相界面配合性好、非常干凈，且結(jié)合強度高。
[0023](2)該材料共晶組織細(xì)小，且呈現(xiàn)相互交錯的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)均勻。
[0024](3) B4C, SiC對HfBj^某些性能有一定程度的改善或提高，且其兼具HfB 2、SiC、B4C三者的性能優(yōu)點。
[0025](4)該方法制備出的材料性能優(yōu)異，能在更為苛刻的環(huán)境下應(yīng)用，具有更廣泛的用途。
[0026](5)制備工藝簡單，為工業(yè)化生產(chǎn)提供了基礎(chǔ)指導(dǎo)。
【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明B4C、HfB#P SiC按摩爾比為35:25:40進(jìn)行配料，經(jīng)球磨機混合均勻后的粉體在室溫下冷等靜壓成片狀，而后在電弧熔煉爐中快速熔融、冷卻制得的試樣垂直于生長方向的XRD圖譜。
[0028]圖2是本發(fā)明B4C、HfB#P SiC按摩爾比為35:25:40進(jìn)行配料，經(jīng)球磨機混合均勻后的粉體在室溫下冷等靜壓成片狀，而后在電弧熔煉爐中快速熔融、冷卻制得的試樣垂直于生長方向的BSE圖譜。
[0029]圖3是本發(fā)明B4C、HfB#P SiC按摩爾比為40:15:45進(jìn)行配料，經(jīng)球磨機混合均勻后的粉體在室溫下冷等靜壓成片狀，而后在電弧熔煉爐中快速熔融、冷卻制得的試樣垂直于生長方向的XRD圖譜。
[0030]圖4是本發(fā)明B4C、HfB#P SiC按摩爾比為40:15:45進(jìn)行配料，經(jīng)球磨機混合均勻后的粉體在室溫下冷等靜壓成片狀，而后在電弧熔煉爐中快速熔融、冷卻制得的試樣垂直于生長方向的BSE圖譜。
[0031]圖5是本發(fā)明B4C、HfB#P SiC按摩爾比為50:15:35進(jìn)行配料，經(jīng)球磨機混合均勻后的粉體在室溫下冷等靜壓成片狀，而后在電弧熔煉爐中快速熔融、冷卻制得的試樣垂直于生長方向的XRD圖譜。
[0032]圖6是本發(fā)明B4C、HfB#P SiC按摩爾比為50:15:35進(jìn)行配料，經(jīng)球磨機混合均勻后的粉體在室溫下冷等靜壓成片狀，而后在電弧熔煉爐中快速熔融、冷卻制得的試樣垂直于生長方向的BSE圖譜。
[0033]圖7是本發(fā)明B4C、HfB#P SiC按摩爾比為55:10:35進(jìn)行配料，經(jīng)球磨機混合均勻后的粉體在室溫下冷等靜壓成片狀，而后在電弧熔煉爐中快速熔融、冷卻制得的試樣垂直于生長方向的XRD圖譜。
[0034]圖8是本發(fā)明B4C、HfB#P SiC按摩爾比為55:10:35進(jìn)行配料，經(jīng)球磨機混合均勻后的粉體在室溫下冷等靜壓成片狀，而后在電弧熔煉爐中快速熔融、冷卻制得的試樣垂直于生長方向的BSE圖譜。
【具體實施方式】
[0035]下面結(jié)合具體的實施案例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不限定本發(fā)明。
[0036]實施例1
[0037]本實施例提供的復(fù)合陶瓷材料是一種B4C-HfB2-SiC三元高溫共晶復(fù)合陶瓷材料，該材料由摩爾配比為(35% -55% ):(10% -45% ):(25% -50% )的原料 B4C、HfB2、SiC 構(gòu)成。
[0038]所述B4C采用市售的高純度B4C粉末，純度為98%，粒徑為l-lOym。
[0039]所述HfB2采用市售的高純度HfB 2粉末，純度為99%。
[0040]所述的SiC采用市售的高純度β-SiC粉末，粒徑為0.5 μ m。
[0041]將上述原料經(jīng)球磨機混合均勻后，壓成片狀，通過電弧熔煉的方法，獲得B4C-HfB2-SiC三元高溫共晶復(fù)合陶瓷材料。該球磨混料工藝采用的是聚乙稀的球磨罐、瑪瑙球，型號為Retsch