本發(fā)明屬于材料制備工藝技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高純高致密氧化鋯氮化硼復(fù)合陶瓷絕緣件及其制備方法。

背景技術(shù)：

氧化鋯是一種耐高溫、耐腐蝕、耐磨損而且具有優(yōu)良絕緣性能的無機(jī)非金屬材料，20世紀(jì)20年代初即被應(yīng)用于耐火材料領(lǐng)域，同時氧化鋯也是國家產(chǎn)業(yè)政策中鼓勵重點(diǎn)發(fā)展的高性能新材料之一，目前正廣泛地被應(yīng)用于各個行業(yè)中。六方氮化硼陶瓷作為一種新型復(fù)合陶瓷基材料,除了具有低密度、高熔點(diǎn)、低硬度、抗熱震性和機(jī)械加工性能好等優(yōu)點(diǎn),還具有耐高溫、熱脹系數(shù)小、熱導(dǎo)率高、介電常數(shù)低、可靠的電絕緣性等許多優(yōu)異的性能。氮化硼既是熱的良導(dǎo)體又是優(yōu)良的絕緣體。同時氮化硼優(yōu)良的電性能，使其成為理想的高頻絕緣、高壓絕緣和高溫絕緣材料。特別是作為一種重要的航空航天透波材料,在運(yùn)載火箭、飛船、導(dǎo)彈及返回式衛(wèi)星等飛行器無線電系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。氧化鋯氮化硼絕緣陶瓷結(jié)合了兩者的性能優(yōu)勢，將強(qiáng)度與絕緣性結(jié)合，讓復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步拓展。

中國專利201510028830.x提供了一種致密氮化鋁-氮化硼復(fù)合材料的制備方法。以氮化鋁粉和六方氮化硼粉為原料，不添加燒結(jié)助劑，原料按比例配料后置于尼龍罐中，以無水乙醇為介質(zhì)，采用氧化鋯研磨球，用行星式球磨機(jī)球磨混合均勻，經(jīng)干燥過篩后裝入表面涂有bn保護(hù)涂層的石墨模具中冷壓成型，然后在通有氮?dú)獾恼婵諢釅籂t中熱壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1830～1900℃，燒結(jié)保溫時間為1.5-2.5h。本發(fā)明工藝簡單，可以在無燒結(jié)助劑的情況下制備出致密的氮化鋁-氮化硼復(fù)合材料，該材料力學(xué)性能、導(dǎo)熱性能及介電性能優(yōu)異。

中國專利03150584.8提供了一種鋁鋯碳-氮化硼復(fù)合側(cè)封板，其組分為(重量百分比)：剛玉40-70％、鋯莫來石15-30％、α-al2o3微粉5-10％、碳素材料3-12％、六方氮化硼5-15％、金屬硅粉2-5％、粘結(jié)劑5-15％。其制造方法是，先按上述配比將氮化硼粉體與剛玉粉體在乙醇溶液中進(jìn)行分散浸漬混合處理；混合物再經(jīng)干燥，得到氮化硼混合粉體；不同粒級的剛玉、鋯莫來石、氧化鋯、碳素原料和氮化硼混合粉體原料和抗氧化劑按配比攪拌預(yù)混合；以酚醛樹脂為結(jié)合劑，將混合料進(jìn)行混合造粒，混合料經(jīng)干燥后模壓成型。

中國專利200410023952.1提供了一種陶瓷透波材料及其制備方法，為特種、功能陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域，由亞微米高純氮化硅、氮化硼、氧化鋯以及納米二氧化硅粉體配制而成，配料后將各原料采用超聲波和化學(xué)分散方法實現(xiàn)均勻混合，采用冷等靜壓成型方法成型，在氮?dú)鈿夥諌毫ο赂邷責(zé)Y(jié)制成。本發(fā)明氮化硅—氮化硼—二氧化硅陶瓷透波材料技術(shù)性能指標(biāo)為：室溫抗彎強(qiáng)度σ：99～286mpa，彈性模量e：99～200gpa，介電常數(shù)ε：3.4～4.8，透波率80～85％，耐溫性大于2500℃，線燒蝕率為0.01～0.05毫米/秒，耐溫性、耐燒蝕性好，并且具有良好的力學(xué)性能和介電性能，透波率高，能夠滿足應(yīng)用要求。

中國專利200410022997.7提供了一種屬于機(jī)械加工領(lǐng)域的復(fù)合鋸片，鋸片含金屬基體、胎體、普通磨料和超硬磨料，金屬基體為合金鋼或碳素鋼，且表面均布8-10mm的散熱孔；胎體含氧化鋁、氧化鋯、石英、碳化鎢、二硼化鋯、二硅化鉬，普通磨料含棕剛玉、碳化硅、綠碳化硅、立方碳化硅、碳化硼；超硬磨料含金剛石、立方氮化硼；制作工藝為：胎體粉末混料-工作層料的配混工藝-焊接層料的配混工藝-冷壓成型-熱壓燒結(jié)成型-磨弧-焊接-修整和開刃。

中國專利201310577221.0提供了一種合成金剛石用絕緣元件，包括氧化鎂、氧化鋯、六方氮化硼和水玻璃，氧化鎂和氧化鋯的重量比為1:3-3:1,六方氮化硼的重量為氧化鎂和氧化鋯重量之和的4-6%，水玻璃的重量為氧化鎂、氧化鋯和六方氮化硼重量之和的10-15%。本發(fā)明所述的絕緣元件的強(qiáng)度高，在運(yùn)輸和合成過程中能夠承受較大的外力，避免因破損造成的損失；保溫效果好，熱傳導(dǎo)系數(shù)低于3.657w·m-1·k-1，能夠保持合成過程的溫度，提高金剛石很成的質(zhì)量；采用該絕緣元件合成的金剛石內(nèi)部點(diǎn)雜質(zhì)明顯減少。該絕緣元件的介電常數(shù)大于1016ω/cm，是一種理想的絕緣材料。

中國專利201310675379.1提供了一種遠(yuǎn)紅外陶瓷材料的制備方法，包括以下步驟：s1.稱取氧化鋇8-13份、氧化鋁18-32份、二氧化硅28-41份、氧化鎂12-15份、氧化鋯8-10份、氧化鈦2-3份、氧化錳6-7份、氮化硼2-3份、活性催化劑1-2份，并分別制成粉體；s2.將氧化鋇、氧化鋁、二氧化硅、氧化鎂、氧化鋯、氧化鈦、氧化錳、氮化硼粉體混合均勻，加入到有機(jī)物的水溶液中，有機(jī)物的加入量為混合粉體總量的10-25%；s3.在s2得到的產(chǎn)物中加入粘土混合物并混合均勻，粘土混合物的加入量為步驟s2所得產(chǎn)物總量的20-30%；s4.將s3得到的產(chǎn)物進(jìn)行脫水處理；s5.將s4中經(jīng)過脫水處理的產(chǎn)物進(jìn)行干燥并高溫保溫煅燒。

現(xiàn)有的專利均沒有針對氧化鋯及氮化硼兩種材料進(jìn)行結(jié)合的制備，應(yīng)用領(lǐng)域也相對狹窄。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)配比復(fù)雜，無法滿足精密絕緣陶瓷生產(chǎn)用途，本發(fā)明提供了一種全新的高純高致密氧化鋯氮化硼復(fù)合陶瓷絕緣件及其制備方法。本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供高純釔穩(wěn)定氧化鋯與高純氮化硼復(fù)合的絕緣陶瓷制備方法，采用納米級釔穩(wěn)定氧化鋯粉與納米級氮化硼粉用高能球磨的辦法對粉末進(jìn)行混合與機(jī)械合金化，然后通過離心噴霧造粒的方法進(jìn)行造粒，通過冷等靜壓壓制成型，最后通過熱等靜壓燒結(jié)的方法制成，本發(fā)明具有高致密高強(qiáng)度絕緣性好的優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明不僅工藝和設(shè)備簡單，成本低，收率高，能耗低，生產(chǎn)效率高，適合工業(yè)化生產(chǎn)，而且能夠獲得質(zhì)量穩(wěn)定、晶粒細(xì)小可控的氧化鋯氮化硼復(fù)合陶瓷絕緣件，本發(fā)明過程無壞境污染，是一種新型的低成本、質(zhì)量穩(wěn)定的高純高致密氧化鋯氮化硼復(fù)合陶瓷絕緣件的制備方法。

本發(fā)明所述的高純高致密氧化鋯氮化硼復(fù)合陶瓷絕緣件相對密度為99%~100%，主元素純度為99.9%~99.999%，抗彎強(qiáng)度為200~1000mpa，介電常數(shù)為1~50，晶粒尺寸為0.5~20微米，維氏硬度為hv2000~20000。

優(yōu)選地，所述的高純高致密氧化鋯氮化硼復(fù)合陶瓷絕緣件的相對密度為99.5%~100%。

優(yōu)選地，所述的高純高致密氧化鋯氮化硼復(fù)合陶瓷絕緣件的主元素純度為99.99%~99.999%。

優(yōu)選地，所述的高純高致密氧化鋯氮化硼復(fù)合陶瓷絕緣件的抗彎強(qiáng)度為400~800mpa。

優(yōu)選地，所述的高純高致密氧化鋯氮化硼復(fù)合陶瓷絕緣件的介電常數(shù)為4~20。

優(yōu)選地，所述的高純高致密氧化鋯氮化硼復(fù)合陶瓷絕緣件的晶粒尺寸為1~5微米。

本發(fā)明所述的高純高致密氧化鋯氮化硼復(fù)合陶瓷絕緣件的主元素為氧化鋯、氧化釔及氮化硼三種，所述的主元素純度為三種主元素重量與總重量的重量百分比。

為了達(dá)到上述使用要求，本發(fā)明使用的技術(shù)方案為高純高致密氧化鋯氮化硼復(fù)合陶瓷絕緣件的制備方法，所述方法的具體步驟如下。

（1）按一定的比例稱取納米級的釔穩(wěn)定氧化鋯粉與氮化硼粉，將兩種納米粉放入球磨罐中，用高能球磨機(jī)進(jìn)行高能球磨處理。

（2）在步驟（1）中球磨好的混合粉中放入粘結(jié)劑、分散劑與去離子水，繼續(xù)球磨，獲得混合粉體漿料。

（3）將步驟（2）中獲得混合粉體漿料放入離心噴霧造粒機(jī)中進(jìn)行造粒處理。

（4）將步驟（3）中獲得的造粒粉放入冷等靜壓膠套中進(jìn)行冷等靜壓處理。

（5）將步驟（4）中獲得冷等靜壓坯料放入鋼包套中，制成熱等靜壓用包套。

（6）將步驟（5）中獲得的熱等靜壓包套進(jìn)行脫脂脫氣處理。

（7）將步驟（6）中獲得的脫氣后的包套放入熱等靜壓機(jī)中進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)處理。

（8）將步驟（7）中熱等靜壓燒結(jié)完畢的陶瓷錠取出，并去除包套，即得高純高致密氧化鋯氮化硼復(fù)合陶瓷絕緣件。

（9）測量步驟（8）中氧化鋯氮化硼復(fù)合陶瓷絕緣件的密度、純度、介電常數(shù)、晶粒尺寸、抗彎強(qiáng)度及硬度。

本發(fā)明為高純高致密氧化鋯氮化硼復(fù)合陶瓷絕緣件及其制備方法，為了讓本發(fā)明有效，需要對上述步驟進(jìn)行細(xì)化，具體細(xì)化參數(shù)如下。

步驟（1）中，選用的釔穩(wěn)定氧化鋯粉中氧化釔的摩爾百分比為3~10%。

步驟（1）中，所述的釔穩(wěn)定氧化鋯粉的重量百分比為10%~100%，余量為氮化硼。

步驟（1）中，所述的釔穩(wěn)定氧化鋯粉的一次粒徑為1~100納米。

步驟（1）中，所述的氮化硼粉的一次粒徑為1~100納米。

步驟（1）中，所述的釔穩(wěn)定氧化鋯粉的純度為99.9~99.999%。

步驟（1）中，所述的氮化硼粉的純度為99.9~99.999%。

步驟（1）中，所述的混合粉球磨時間為2~12小時。

步驟（1）中，所述的高能球磨機(jī)所用的球磨球為氧化鋯球。

優(yōu)選地，步驟（1）中，選用的釔穩(wěn)定氧化鋯粉中氧化釔的摩爾百分比為3~5%。。

優(yōu)選地，步驟（1）中，選用的釔穩(wěn)定氧化鋯粉的重量百分比為20%~60%，余量為氮化硼。

優(yōu)選地，步驟（1）中，選用的釔穩(wěn)定氧化鋯粉一次粒徑為10~40納米。

優(yōu)選地，步驟（1）中，選用的氮化硼粉一次粒徑為10~40納米。

優(yōu)選地，步驟（1）中，所述的混合粉的球磨時間為4~8小時。

步驟（2）中，選用的粘結(jié)劑包含聚乙烯醇、聚氯乙烯中的至少一種。

步驟（2）中，選用的分散劑為乙醇、正丁醇、聚乙二醇中的至少一種。

步驟（2）中，所述的混合漿料球磨時間為2~12小時。

優(yōu)選地，步驟（2）中，選用的粘結(jié)劑為聚乙烯醇。

優(yōu)選地，步驟（2）中，選用的分散劑為聚乙二醇。

步驟（3）中，所述的造粒粉粒徑為d50為50~200微米。

步驟（4）中，所述的冷等靜壓膠套材料為聚氨酯、黑橡膠中的一種。

步驟（4）中，所述的冷等靜壓處理壓力為200~500mpa，保壓時間為5~30分鐘。

優(yōu)選地，步驟（4）中，選用的冷等靜壓膠套材料為聚氨酯。

優(yōu)選地，步驟（4）中，選用的冷等靜壓處理壓力為300~400mpa，保壓時間為10~15分鐘。

步驟（5）中，所述的熱等靜壓包套采用氬弧焊進(jìn)行焊接。

步驟（6）中，所述的熱等靜壓包套脫脂脫氣包括第一階段脫氣處理，第二階段脫脂處理及第三階段脫氣處理。

步驟（6）中，所述的熱等靜壓包套脫脂脫氣包括第一階段脫氣處理參數(shù)為溫度100~300度，處理時間2~24小時，脫氣保持包套內(nèi)壓力為1.0×10^-2~5.0×10^-2pa。

步驟（6）中，所述的熱等靜壓包套脫脂脫氣包括第二階段脫脂處理參數(shù)為溫度400~1000度，處理時間2~48小時，脫氣保持包套內(nèi)壓力為1.0×10^-2~5.0×10^-2pa。

步驟（6）中，所述的熱等靜壓包套脫脂脫氣包括第三階段脫氣處理參數(shù)為溫度100~300度，處理時間2~24小時，脫氣保持包套內(nèi)壓力為1.0×10^-3~5.0×10^-3pa。

優(yōu)選地，步驟（6）中，所述的熱等靜壓包套脫脂脫氣包括第一階段脫氣處理參數(shù)為溫度200~300度，處理時間12~24小時，脫氣保持包套內(nèi)壓力為1.0×10^-2~5.0×10^-2pa。

優(yōu)選地，步驟（6）中，所述的熱等靜壓包套脫脂脫氣包括第二階段脫脂處理參數(shù)為溫度400~800度，處理時間12~24小時，脫氣保持包套內(nèi)壓力為1.0×10^-2~5.0×10^-2pa。

優(yōu)選地，步驟（6）中，所述的熱等靜壓包套脫脂脫氣包括第三階段脫氣處理參數(shù)為溫度200~300度，處理時間12~24小時，脫氣保持包套內(nèi)壓力為1.0×10^-3~5.0×10^-3pa。

步驟（7）中，所述的熱等靜壓燒結(jié)工藝為燒結(jié)壓力100~170mpa，燒結(jié)溫度為1000~1450℃，溫度均勻化時間為0.5~2小時，燒結(jié)時間為2~10小時。

優(yōu)選地，步驟（7）中，所述的熱等靜壓燒結(jié)工藝為燒結(jié)壓力140~170mpa，燒結(jié)溫度為1200~1400℃，溫度均勻化時間為1~2小時，燒結(jié)時間為2~4小時。

步驟（9）中，所述的密度測量儀器為阿基米德排水法固體密度檢測儀。

步驟（9）中，所述的純度檢測儀器為電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀。

步驟（9）中，所述的介電常數(shù)測量儀器為介電常數(shù)測量儀。

步驟（9）中，所述的晶粒尺寸測量儀器為掃描電子顯微鏡。

步驟（9）中，所述的抗彎強(qiáng)度測量儀器為三點(diǎn)彎曲測量試驗機(jī)。

步驟（9）中，所述的硬度測量儀器為維氏硬度計。

步驟（9）中，所述的氧化鋯氮化硼復(fù)合陶瓷絕緣件的相對密度為99~100%。

步驟（9）中，所述的氧化鋯氮化硼復(fù)合陶瓷絕緣件的純度為99.9~99.999%。

步驟（9）中，所述的氧化鋯氮化硼復(fù)合陶瓷絕緣件的介電常數(shù)為1~50。

步驟（9）中，所述的氧化鋯氮化硼復(fù)合陶瓷絕緣件的晶粒尺寸為0.5~20微米。

步驟（9）中，所述的氧化鋯氮化硼復(fù)合陶瓷絕緣件的抗彎強(qiáng)度為200~1000mpa。

步驟（9）中，所述的氧化鋯氮化硼復(fù)合陶瓷絕緣件的硬度為hv2000~20000。

具體實施方式

本發(fā)明涉及一種高純高致密氧化鋯氮化硼復(fù)合陶瓷絕緣件及其制備方法，具體實施步驟如下。

（1）選用氧化釔摩爾百分比為3%的釔穩(wěn)定氧化鋯粉，按重量比釔穩(wěn)定氧化鋯粉：氮化硼粉=4:6稱取納米級的釔穩(wěn)定氧化鋯粉與氮化硼粉，釔穩(wěn)定氧化鋯粉的一次粒徑為19納米，氮化硼粉的一次粒徑為48納米，釔穩(wěn)定氧化鋯粉的純度為99.995%，氮化硼粉的純度為99.995%，將兩種納米粉放入球磨罐中，用高能球磨機(jī)進(jìn)行高能球磨處理12小時。

（2）在步驟（1）中球磨好的混合粉中放入聚乙烯醇、聚乙二醇與去離子水，繼續(xù)球磨6小時，獲得混合粉體漿料。

（3）將步驟（2）中獲得混合粉體漿料放入離心噴霧造粒機(jī)中進(jìn)行造粒成為d50=128微米的造粒粉。

（4）將步驟（3）中獲得的造粒粉放入聚氨酯冷等靜壓膠套中進(jìn)行冷等靜壓處理，處理壓力為380mpa，保壓時間為20分鐘。

（5）將步驟（4）中獲得冷等靜壓坯料放入鋼包套中，用氬弧焊焊接制成熱等靜壓用包套。

（6）將步驟（5）中獲得的熱等靜壓包套進(jìn)行脫脂脫氣處理，第一階段脫氣處理參數(shù)為溫度220度，處理時間14小時，脫氣保持包套內(nèi)壓力為1.0×10^-2~5.0×10^-2pa，第二階段脫脂處理參數(shù)為溫度700度，處理時間24小時，脫氣保持包套內(nèi)壓力為1.0×10^-2~5.0×10^-2pa，第三階段脫氣處理參數(shù)為溫度240度，處理時間16小時，脫氣保持包套內(nèi)壓力為1.0×10^-3~5.0×10^-3pa。

（7）將步驟（6）中獲得的脫氣后的包套放入熱等靜壓機(jī)中進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)處理，熱等靜壓燒結(jié)工藝為燒結(jié)壓力170mpa，燒結(jié)溫度為1350℃，溫度均勻化時間為1小時，燒結(jié)時間為5小時。

（8）將步驟（7）中熱等靜壓燒結(jié)完畢的陶瓷錠取出，并去除包套，即得高純高致密氧化鋯氮化硼復(fù)合陶瓷絕緣件。

（9）測量步驟（8）中氧化鋯氮化硼復(fù)合陶瓷絕緣件的相對密度為99.5%，純度為99.9924%，介電常數(shù)為6，晶粒大小為3.7微米，抗彎強(qiáng)度為407mpa，硬度為hv15290。

上述實施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。