專利名稱：流延法制備層狀硼化鋯超高溫陶瓷的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種流延法制備層狀硼化鋯超高溫陶瓷的方法，屬于超高溫陶瓷的制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
硼化鋯陶瓷具有優(yōu)越的耐高溫和耐腐蝕性能及相對較低的理論密度，因此，一直被認(rèn)為是超高溫陶瓷(UHTCs)家族中最有應(yīng)用前景的材料之一。目前，硼化鋯陶瓷已廣泛用作各種高溫結(jié)構(gòu)及功能材料，如航空工業(yè)中的渦輪葉片、磁流體發(fā)電電極等。但硼化鋯陶瓷斷裂韌性較低，韌值僅為4 5MPa · m1/2,限制了其在苛刻作業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用，如超聲速飛行器鼻錐和前沿、超燃沖壓發(fā)動機熱端部件等。因此，為了保證使用過程中的可靠性和安全性，必須改善硼化鋯陶瓷的脆性問題，從而提高其耐熱沖擊性能。目前已有關(guān)于制備超高溫硼化鋯陶瓷的報道，如專利號為CN101602597A的“硼化鋯-碳化硅-碳黑三元高韌化超高溫陶瓷基復(fù)合材料及其制備方法”強度為132. 03 695. 54MPa,斷裂韌性為2. 01 6. 57MPa · m1/2 ；專利號為CN101250061B的“氧化鋯增韌硼化物超高溫陶瓷基復(fù)合材料的制備方法”斷裂韌性達(dá)到6. 0 6. SMPa · m"2，但斷裂韌性仍有待進(jìn)一步提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有硼化鋯超高溫陶瓷韌性差的問題，而提供一種流延法制備層狀硼化鋯超高溫陶瓷的方法。其技術(shù)方案為一種流延法制備層狀硼化鋯超高溫陶瓷的方法，其特征在于采用以下步驟1)采用流延法分別制備兩種不同組分和厚度的硼化鋯流延片先將粘結(jié)劑和增塑劑加入溶劑中攪拌均勻，再分別加入硼化鋯陶瓷粉料、攪拌均勻，形成兩種不同組分的流延料，然后流延成型，室溫干燥脫模后分別得到300 1000 μ m厚的硼化鋯流延片A和20 100 μ m厚的硼化鋯流延片B ；2)對流延片A和流延片B依照模具大小分別切片；3)將切片后的流延片A和流延片B交替疊加放入石墨磨具中，真空脫脂，脫脂時， 升溫速度為2 3°C /min,升溫至600 700°C，保溫0. 5 Ih ；4)在氬氣氣氛下熱壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1900 2000°C，保溫0.5 2h，壓力為 20 40MPa，即得層狀超高溫陶瓷。所述的流延法制備層狀硼化鋯超高溫陶瓷的方法，步驟1)中，制備流延片A的陶瓷粉料由硼化鋯粉末和碳化硅粉末按體積百分比80 90% 10 20%混合而成；制備流延片B的陶瓷粉料由硼化鋯粉末和碳化硅粉末按體積百分比50 70% 30 50%混合而成。所述的流延法制備層狀硼化鋯超高溫陶瓷的方法，步驟1)中，以制備流延片A的陶瓷粉料重量為基礎(chǔ)計算，按重量百分比稱取粘結(jié)劑5 10%、增塑劑5 10%和溶劑 100 200%。
所述的流延法制備層狀硼化鋯超高溫陶瓷的方法，步驟1)中，以制備流延片B的陶瓷粉料重量為基礎(chǔ)計算，按重量百分比稱取粘結(jié)劑10 20%、增塑劑10 20%和溶劑 200 500%。所述的流延法制備層狀硼化鋯超高溫陶瓷的方法，粘結(jié)劑采用聚乙烯醇縮丁醛； 增塑劑采用聚乙二醇和聚乙烯醇中的一種或兩種的混合；溶劑采用乙醇。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點1、由于制備流延片A和流延片B的陶瓷粉料的配比不同，使疊加燒結(jié)后形成的層狀硼化鋯超高溫陶瓷中、相鄰層的膨脹系數(shù)和硬度均不相同，在受到外力時，裂紋發(fā)生偏折和分叉，增加了裂紋的擴展路徑，從而提高了材料的斷裂韌性，斷裂韌性高達(dá)9. 3MPa · m1/2 ；2、通過控制溶劑的量可以控制流延片A和流延片B的層厚度，通過調(diào)節(jié)硬層和軟層的層厚比，可調(diào)節(jié)層狀陶瓷的力學(xué)性能；3、本發(fā)明不用引入其它增韌顆粒，如石墨、氧化鋯，所以不會降低超高溫陶瓷的高溫性能；4、本發(fā)明與其他層狀材料相比，沒有引入石墨形成弱的界面層，不會降低超高溫陶瓷的高溫性能。


圖1是本發(fā)明實施例2所得層狀超高溫陶瓷的SEM照片；圖2是本發(fā)明實施例2所得層狀超高溫陶瓷斷裂韌性測試后的SEM照片。
具體實施例方式實施例11、制備兩種不同組分和厚度的硼化鋯流延片A和B :(1)制備硼化鋯流延片A的流延料的制備，先稱量5. 80克聚乙烯醇縮丁醛、5. 80克聚乙二醇、58. 01克乙醇，攪拌均勻，再加入54. 81克硼化鋯粉末和3. 20克碳化硅粉末，攪拌均勻，形成硼化鋯流延料A，其中硼化鋯粉末和碳化硅粉末是按照90% 10%的體積百分比稱取；(2)制備硼化鋯流延片B的流延料的制備，先稱量5. 23克聚乙烯醇縮丁醛、5. 23克聚乙二醇、104. 46克乙醇，攪拌均勻， 再加入42. 63克硼化鋯粉末和9. 60克碳化硅粉末，攪拌均勻，形成硼化鋯流延料B，其中硼化鋯粉末和碳化硅粉末是按照70% 30%的體積百分比稱??；C3)流延成型，分別將硼化鋯流延料A和硼化鋯流延料B流延，室溫干燥脫模后得到1000 μ m厚的硼化鋯流延片A和 100 μ m厚的硼化鋯流延片B ；2、對硼化鋯流延片A和硼化鋯流延片B依照模具大小分別切片；3、將硼化鋯流延片A和硼化鋯流延片B交替疊加放入石墨磨具中，真空脫脂，脫脂時，升溫速度為2V /min，升溫至600°C，保溫Ih ；4、然后采用氬氣氣氛熱壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度為2000°C，保溫lh，壓力為30MPa，即制得層狀硼化鋯超高溫陶瓷。實施例21、制備兩種不同組分和厚度的硼化鋯流延片A和B :(1)制備硼化鋯流延片A的流延料的制備，先稱量4. 53克聚乙烯醇縮丁醛、4. 53克聚乙二醇、84. 86克乙醇，攪拌均勻，再加入51. 77克硼化鋯粉末和4. 80克碳化硅粉末，攪拌均勻，形成硼化鋯流延料A，其中硼化鋯粉末和碳化硅粉末是按照85% 15%的體積百分比稱??；(2)制備硼化鋯流延片B的流延料的制備，先稱量7. 62克聚乙烯醇縮丁醛、7. 62克聚乙二醇、152. 37克乙醇，攪拌均勻， 再加入39. 59克硼化鋯粉末和11. 20克碳化硅粉末，攪拌均勻，形成硼化鋯流延料B，其中硼化鋯粉末和碳化硅粉末是按照65% 35%的體積百分比稱?。籆3)流延成型，分別將硼化鋯流延料A和硼化鋯流延料B流延，室溫干燥脫模后得到500 μ m厚的硼化鋯流延片A和 50 μ m厚的硼化鋯流延片B ；2、對硼化鋯流延片A和硼化鋯流延片B依照模具大小分別切片；3、將硼化鋯流延片A和硼化鋯流延片B交替疊加放入石墨磨具中，真空脫脂，脫脂時，升溫速度為2. 50C /min,升溫至700°C，保溫0. 5h ；4、然后采用氬氣氣氛熱壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度為2000°C，保溫lh，壓力為40MPa，即制得層狀硼化鋯超高溫陶瓷。實施例31、制備兩種不同組分和厚度的硼化鋯流延片A和B :(1)制備硼化鋯流延片A的流延料的制備，先稱量2. 76克聚乙烯醇縮丁醛、2. 76克聚乙烯醇、110. 24克乙醇，攪拌均勻， 再加入48. 72克硼化鋯粉末和6. 4克碳化硅粉末，攪拌均勻，形成硼化鋯流延料A，其中硼化鋯粉末和碳化硅粉末是按照80% 20%的體積百分比稱取；( 制備硼化鋯流延片B的流延料的制備，先稱量9. 29克聚乙烯醇縮丁醛、9. 29克聚乙烯醇、232. 25克乙醇，攪拌均勻， 再加入30. 45克硼化鋯粉末和16克碳化硅粉末，攪拌均勻，形成硼化鋯流延料B，其中硼化鋯粉末和碳化硅粉末是按照50% 50%的體積百分比稱??；C3)流延成型，分別將硼化鋯流延料A和硼化鋯流延料B流延，室溫干燥脫模后得到300 μ m厚的硼化鋯流延片A和20 μ m 厚的硼化鋯流延片B ；2、對硼化鋯流延片A和硼化鋯流延片B依照模具大小分別切片；3、將硼化鋯流延片A和硼化鋯流延片B交替疊加放入石墨磨具中，真空脫脂，脫脂時，升溫速度為3°C /min,升溫至700°C，保溫0. 5h ；4、然后采用氬氣氣氛熱壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度為2000°C，保溫0.證，壓力為20MPa，即制得層狀硼化鋯超高溫陶瓷。實施例41、制備兩種不同組分和厚度的硼化鋯流延片A和B :(1)制備硼化鋯流延片A的流延料的制備，先稱量5. 80克聚乙烯醇縮丁醛、3克聚乙二醇、2克聚乙烯醇、58. 01克乙醇，攪拌均勻，再加入54. 81克硼化鋯粉末和3. 20克碳化硅粉末，攪拌均勻，形成硼化鋯流延料A， 其中硼化鋯粉末和碳化硅粉末是按照90% 10%的體積百分比稱取；( 制備硼化鋯流延片B的流延料的制備，先稱量9. 29克聚乙烯醇縮丁醛、5克聚乙二醇、2克聚乙烯醇、232. 25 克乙醇，攪拌均勻，再加入30. 45克硼化鋯粉末和16克碳化硅粉末，攪拌均勻，形成硼化鋯流延料B，其中硼化鋯粉末和碳化硅粉末是按照50% 50%的體積百分比稱??；C3)流延成型，分別將硼化鋯流延料A和硼化鋯流延料B流延，室溫干燥脫模后得到1000 μ m厚的硼化鋯流延片A和20 μ m厚的硼化鋯流延片B ；2、對硼化鋯流延片A和硼化鋯流延片B依照模具大小分別切片；3、將硼化鋯流延片A和硼化鋯流延片B交替疊加放入石墨磨具中，真空脫脂，脫脂時，升溫速度為3°C /min,升溫至700°C，保溫0. 5h ； 4、然后采用氬氣氣氛熱壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度為2000°C，保溫0. ，壓力為20MPa，即制得層狀硼化鋯超高溫陶瓷。
權(quán)利要求
1.一種流延法制備層狀硼化鋯超高溫陶瓷的方法，其特征在于采用以下步驟1)采用流延法分別制備兩種不同組分和厚度的硼化鋯流延片先將粘結(jié)劑和增塑劑加入溶劑中攪拌均勻，再分別加入硼化鋯陶瓷粉料、攪拌均勻，形成兩種不同組分的流延料，然后流延成型，室溫干燥脫模后分別得到300 1000 μ m厚的硼化鋯流延片A和20 100 μ m厚的硼化鋯流延片B ；2)對流延片A和流延片B依照模具大小分別切片；3)將切片后的流延片A和流延片B交替疊加放入石墨磨具中，真空脫脂，脫脂時，升溫速度為2 3°C /min,升溫至600 700°C，保溫0. 5 Ih ；4)在氬氣氣氛下熱壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1900 2000°C，保溫0.5 2h，壓力為20 40MPa,即得層狀超高溫陶瓷。
2.如權(quán)利要求1所述的流延法制備層狀硼化鋯超高溫陶瓷的方法，其特征在于 步驟1)中，制備流延片A的陶瓷粉料由硼化鋯粉末和碳化硅粉末按體積百分比80 90% 10 20%混合而成。
3.如權(quán)利要求1所述的流延法制備層狀硼化鋯超高溫陶瓷的方法，其特征在于 步驟1)中，制備流延片B的陶瓷粉料由硼化鋯粉末和碳化硅粉末按體積百分比50 70% 30 50%混合而成。
4.如權(quán)利要求1所述的流延法制備層狀硼化鋯超高溫陶瓷的方法，其特征在于步驟 1)中，以制備流延片A的陶瓷粉料重量為基礎(chǔ)計算，按重量百分比稱取粘結(jié)劑5 10%、增塑劑5 10%和溶劑100 ~ 200% ο
5.如權(quán)利要求1所述的流延法制備層狀硼化鋯超高溫陶瓷的方法，其特征在于步驟 1)中，以制備流延片B的陶瓷粉料重量為基礎(chǔ)計算，按重量百分比稱取粘結(jié)劑10 20%、 增塑劑10 20%和溶劑200 ~ 500% ο
6.如權(quán)利要求1、4或5所述的流延法制備層狀硼化鋯超高溫陶瓷的方法，其特征在于 粘結(jié)劑采用聚乙烯醇縮丁醛；增塑劑采用聚乙二醇和聚乙烯醇中的一種或兩種的混合；溶劑采用乙醇。
全文摘要
本發(fā)明提供一種流延法制備層狀硼化鋯超高溫陶瓷的方法，其特征在于采用以下步驟1)采用流延法分別制備兩種不同組分和厚度的硼化鋯流延片先將粘結(jié)劑和增塑劑加入溶劑中攪拌均勻，再分別加入硼化鋯陶瓷粉料、攪拌均勻，形成兩種不同組分的流延料，然后流延成型，室溫干燥脫模后分別得到300～1000μm厚的硼化鋯流延片A和20～100μm厚的硼化鋯流延片B；2)對流延片A和流延片B依照模具大小分別切片；3)將切片后的流延片A和流延片B交替疊加放入石墨磨具中，真空脫脂；4)在氬氣氣氛下熱壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1900～2000℃，壓力為20～40MPa，即得層狀超高溫陶瓷。本發(fā)明采用流延成型技術(shù)，工藝簡單，所得材料的韌值高達(dá)9.3MPa·m1/2。
文檔編號B32B18/00GK102173831SQ201010622380
公開日2011年9月7日 申請日期2010年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月30日
發(fā)明者馮柳, 周立娟, 田貴山, 魏春城 申請人:山東理工大學(xué)