專利名稱：一種碳化硼基復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
碳化硼是一種超硬的材料，具有輕質(zhì)、耐磨性能好、耐化學(xué)腐蝕、極佳的 彈道性能以及高的中子吸收性能等優(yōu)良性能?？蓱?yīng)用于噴砂機(jī)的噴嘴、密封元 件、防彈背心及飛機(jī)的防彈板、核反應(yīng)堆的中子吸收元件等。由于碳化硼的
晶體結(jié)構(gòu)中有大約93%的共價(jià)鍵，使得碳化硼材料的燒結(jié)非常困難。通常要在 230(TC熱壓燒結(jié)才能獲得較致密的碳化硼材料，另外，碳化硼是一種非常脆的 材料，純碳化硼的斷裂韌性只有2.2MPam"2，由于上述的缺點(diǎn)，限制了碳化硼 的廣泛應(yīng)用。
目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)改善碳化硼材料的燒結(jié)性能，通過(guò)采用直接加入TiB2、 SiC、 C、 Al203以及金屬Ti、 Al等的方法，使燒結(jié)溫度降低到1700 1800°C， 但是材料的硬度卻降到30GPa以下，斷裂韌性僅為2.5 4.5MPam"2，且工藝 復(fù)雜，成本高。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有制備碳化硼基復(fù)合材料的方法存在工藝復(fù)雜、 成本高、在降低燒結(jié)溫度的同時(shí)導(dǎo)致材料硬度下降及斷裂韌性差的問(wèn)題，而提 供一種碳化硼基復(fù)合材料及其制備方法。
碳化硼基復(fù)合材料按質(zhì)量份數(shù)比由6 20份的碳化硼粉、1 3份的粘結(jié) 劑與1 4份的鋁粉或鋁合金粉制成；其中粘結(jié)劑為汽油和可溶于汽油的橡膠 按體積比9: 1的混合。
制備碳化硼基復(fù)合材料的方法按以下步驟實(shí)現(xiàn) 一、按質(zhì)量份數(shù)比稱取 6 20份的碳化硼粉、1 3份的粘結(jié)劑與1 4份的鋁粉或鋁合金粉，然后將 稱取的碳化硼粉與鋁粉或鋁合金粉以300 510r/min轉(zhuǎn)速球磨混合3 5h，得 粉體；二、將粉體與稱取的粘結(jié)劑混合攪拌，然后過(guò)60 100目篩進(jìn)行造粒， 再放入鋼模具中，以30 80MPa的壓力將粉體冷壓成形，得素坯；三、素坯在60 100。C的條件下烘干2 4h，放入石墨模具置于熱壓爐中，抽真空后充 入氬氣至壓力為0.7xl05 0.9xl05Pa，然后以30 50°C/min的升溫速率升溫至 1600 1800°C、在燒結(jié)壓力為30 50MPa的條件下燒結(jié)0.25 lh，即得碳化 硼基復(fù)合材料；其中粘結(jié)劑為汽油和可溶于汽油的橡膠按體積比9 : 1的混合。本發(fā)明中利用鋁與碳化硼表面的三氧化二硼的鋁熱反應(yīng)，達(dá)到了降低燒結(jié) 溫度和縮短燒結(jié)時(shí)間的目的，同時(shí)在碳化硼之間引入鋁和三氧化二鋁的弱界 面，大幅的提高了材料的斷裂韌性，且材料硬度不顯著降低，斷裂韌性高達(dá) 5.5 6.4MPam1/2、維氏硬度達(dá)30.1 40.5 GPa;本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單、能耗小 制造成本低。
圖1為具體實(shí)施方式
十中所得碳化硼基復(fù)合材料的XRD譜圖，其中口表 示碳化硼，參表示三氧化二鋁，A表示鋁，令表示鋁硼碳三元化合物；圖2圖1為具體實(shí)施方式
十中所得碳化硼基復(fù)合材料的斷口形貌圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實(shí)施方式
，還包括各具體實(shí)施方 式間的任意組合。
具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式碳化硼基復(fù)合材料按質(zhì)量份數(shù)比6 20份的碳化硼粉、1 3份的粘結(jié)劑與1 4份的鋁粉或鋁合金粉制成；其中粘結(jié)劑為汽油和可溶于汽油的橡膠按體積比9 : 1的混合。本實(shí)施方式中所用鋁合金粉為現(xiàn)有的各種類型鋁合金粉。 本實(shí)施方式中所用橡膠為現(xiàn)有的各種類型可溶于汽油的橡膠。
具體實(shí)施方式
二本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是碳化硼基復(fù)合材
料按質(zhì)量份數(shù)比由15份碳化硼粉、2份的粘結(jié)劑與2份鋁粉或鋁合金粉制成。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一或二不同的是碳化硼粉的粒徑為0.8 40pm。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一或二不同的是鋁粉的粒徑
為10 70nm;鋁合金粉的粒徑為10 70pm。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式制備碳化硼基復(fù)合材料的方法按以下步驟實(shí)
現(xiàn) 一、按質(zhì)量份數(shù)比稱取6 20份的碳化硼粉、1 3份的粘結(jié)劑與1 4份 的鋁粉或鋁合金粉，然后將稱取的碳化硼粉與鋁粉或鋁合金粉以300 510r/min轉(zhuǎn)速球磨混合3 5h，得粉體；二、將粉體與稱取的粘結(jié)劑混合攪拌， 然后過(guò)60 100目篩進(jìn)行造粒，再放入鋼模具中，以30 80MPa的壓力將粉 體冷壓成形，得素坯；三、素坯在60 100。C的條件下烘干2 4h，放入石墨 模具置于熱壓爐中，抽真空后充入氬氣至壓力為0.7xl05 0.9xl05Pa，然后以 30 50°C/min的升溫速率升溫至1600 1800°C、在燒結(jié)壓力為30 50MPa的 條件下燒結(jié)0.25 111，即得碳化硼基復(fù)合材料；其中粘結(jié)劑為汽油和可溶于汽 油的橡膠按體積比9 : 1的混合。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
五不同的是步驟一中按質(zhì)量 份數(shù)比稱取15份的碳化硼粉、2份的粘結(jié)劑與2份的鋁粉或鋁合金粉，然后 將稱取的碳化硼粉與鋁粉或鋁合金粉以400r/min轉(zhuǎn)速球磨混合4h。其它步驟 及參數(shù)與具體實(shí)施方式
五相同。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
五不同的是步驟一中球磨混 合中球料質(zhì)量比為3 6: 1，磨球?yàn)橹睆?5 20mm的不銹鋼球。其它步驟及 參數(shù)與具體實(shí)施方式
五相同。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
五不同的是步驟二中將粉體 與稱取的粘結(jié)劑混合攪拌，然后過(guò)70目篩進(jìn)行造粒，再放入鋼模具中，以 60MPa的壓力將粉體冷壓成形。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
五相同。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
五不同的是步驟三中素還在 8(TC的條件下烘干3h，放入石墨模具置于熱壓爐中，抽真空后充入氬氣至壓 力為0.8xl05Pa，然后以40°C/min的升溫速率升溫至1700°C、在燒結(jié)壓力為 30MPa的條件下燒結(jié)0.5h。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
五相同。
具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式制備碳化硼基復(fù)合材料的方法按以下步驟實(shí) 現(xiàn) 一、按質(zhì)量份數(shù)比稱取20份的碳化硼粉、2份的粘結(jié)劑與1份的鋁粉， 然后將稱取的碳化硼粉與鋁粉以450r/min轉(zhuǎn)速球磨混合4h，得粉體；二、將 粉體與稱取的粘結(jié)劑混合攪拌，然后過(guò)70目篩進(jìn)行造粒，再放入鋼模具中， 以70MPa的壓力將粉體冷壓成形，得素坯；三、素坯在8(TC的條件下烘干3h， 放入石墨模具置于熱壓爐中，抽真空后充入氬氣至壓力為0.8xl05Pa，然后以
40°C/min的升溫速率升溫至1600'C、在燒結(jié)壓力為45MPa的條件下燒結(jié)0.5h， 即得碳化硼基復(fù)合材料；其中粘結(jié)劑為汽油和氯丁橡膠按體積比9 : 1的混合。 本實(shí)施方式所得碳化硼基復(fù)合材料，經(jīng)測(cè)試維氏硬度達(dá)40.5GPa，斷裂韌 性為6.4MPam1/2;由圖1可以看出，所得復(fù)合材料中主要成分是碳化硼，還含 有少量的鋁、氧化鋁以及鋁硼碳三元化合物；有圖2可以看出在碳化硼顆粒與 顆粒之間的晶界上有A1/A1203的界面層，致使碳化硼基復(fù)合材料的脆性減少， 韌性增加。
權(quán)利要求
1、一種碳化硼基復(fù)合材料，其特征在于碳化硼基復(fù)合材料按質(zhì)量份數(shù)比6～20份的碳化硼粉、1～3份的粘結(jié)劑與1～4份的鋁粉或鋁合金粉制成；其中粘結(jié)劑為汽油和可溶于汽油的橡膠按體積比9∶1的混合。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳化硼基復(fù)合材料，其特征在于碳化硼基 復(fù)合材料按質(zhì)量份數(shù)比由15份的碳化硼粉、2份的粘結(jié)劑與2份的鋁粉或鋁 合金粉制成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種碳化硼基復(fù)合材料，其特征在于碳化 硼粉的粒徑為0.8 40(am。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種碳化硼基復(fù)合材料，其特征在于鋁粉 的粒徑為10 70pm;鋁合金粉的粒徑為10 70pm。
5、 制備權(quán)利要求1所述碳化硼基復(fù)合材料的方法，其特征在于制備碳化 硼基復(fù)合材料的方法按以下步驟實(shí)現(xiàn) 一、按質(zhì)量份數(shù)比稱取6 20份的碳化 硼粉、1 3份的粘結(jié)劑與1 4份的鋁粉或鋁合金粉，然后將稱取的碳化硼粉 與鋁粉或鋁合金粉以300 510r/min轉(zhuǎn)速球磨混合3 5h，得粉體；二、將粉 體與稱取的粘結(jié)劑混合攪拌，然后過(guò)60 100目篩進(jìn)行造粒，再放入鋼模具中， 以30 80MPa的壓力將粉體冷壓成形，得素坯；三、素坯在60 100'C的條 件下烘干2 4h，放入石墨模具置于熱壓爐中，抽真空后充入氬氣至壓力為 0.7xl05 0.9xl05Pa，然后以30 50°C/min的升溫速率升溫至1600 1800°C、 在燒結(jié)壓力為30 50MPa的條件下燒結(jié)0.25 lh，即得碳化硼基復(fù)合材料； 其中粘結(jié)劑為汽油和可溶于汽油的橡膠按體積比9 : 1的混合。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備碳化硼基復(fù)合材料的方法，其特征在于步 驟一中按質(zhì)量份數(shù)比稱取15份的碳化硼粉、2份的粘結(jié)劑與2份的鋁粉或鋁 合金粉，然后將稱取的碳化硼粉與鋁粉或鋁合金粉以400r/min轉(zhuǎn)速球磨混合 4h。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備碳化硼基復(fù)合材料的方法，其特征在于步 驟一中球磨混合中球料質(zhì)量比為3 6 : 1，磨球?yàn)橹睆?5 20mm的不銹鋼球。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備碳化硼基復(fù)合材料的方法，其特征在于步 驟二中將粉體與稱取的粘結(jié)劑混合攪拌，然后過(guò)70目篩進(jìn)行造粒，再放入鋼模具中，以60MPa的壓力將粉體冷壓成形。
9、根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備碳化硼基復(fù)合材料的方法，其特征在于步 驟三中素坯在8(TC的條件下烘干3h，放入石墨模具置于熱壓爐中，抽真空后 充入氬氣至壓力為0.8xl05Pa，然后以40°C/min的升溫速率升溫至1700°C、在 燒結(jié)壓力為30MPa的條件下燒結(jié)0. 5h。
全文摘要
一種碳化硼基復(fù)合材料及其制備方法，它涉及一種復(fù)合材料及其制備方法。它解決了現(xiàn)有制備碳化硼基復(fù)合材料的方法存在工藝復(fù)雜、成本高、在降低燒結(jié)溫度的同時(shí)導(dǎo)致材料硬度下降及斷裂韌性差的問(wèn)題。本發(fā)明碳化硼基復(fù)合材料由碳化硼粉與鋁粉或鋁合金粉制成。方法一、稱取原料，將碳化硼粉與鋁粉或鋁合金粉混合，得粉體；二、將粉體與粘結(jié)劑混合后造粒，再冷壓成形，得素坯；三、素坯烘干后燒結(jié)，即得碳化硼基復(fù)合材料。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，成本低、降低了燒結(jié)溫度，且材料的硬度高，斷裂韌性好。
文檔編號(hào)C04B35/622GK101337816SQ200810137028
公開(kāi)日2009年1月7日 申請(qǐng)日期2008年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月29日
發(fā)明者康鵬超, 曹仲文, 武高輝 申請(qǐng)人:牡丹江金剛鉆碳化硼有限公司