CN109608199A - 一种氮化物改性碳化硼复合陶瓷的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出的是一种氮化物改性碳化硼复合陶瓷的制备方法。经过陶瓷原料配合与加工，预压成型和真空氮化烧结步骤，制成氮化硼复合陶瓷成品。采用本发明方法，使所制得的氮化物改性氮化硼复合陶瓷致密度达到2.51g/cm3，抗弯强度338MPa，硬度32.10GPa，具有良好的力学性能。大尺寸陶瓷片的密度大，与普通碳化硼陶瓷片相比抗弯强度和硬度均有显著的提高。适宜作为改性氮化硼复合陶瓷的制备方法应用。

Description

一种氮化物改性碳化硼复合陶瓷的制备方法
技术领域
本发明提出的是国防军工防护防爆领域，具体地说是一种氮化物改性碳化硼复合陶瓷的制备方法。
背景技术
碳化硼(B4C)是一种硬度仅次于金刚石与立方氮化硼的高硬度材料，也是一种共价键很强的化合物，具有密度低、高硬度、高模量、耐磨蚀等良好的性能，在国防、机械、航空航天、石油化工等领域均有广泛应用。这种材料是主要的陶瓷板防弹材料，在轻质装甲材料中拥有较大的应用潜力。
虽然碳化硼以其优异的性能得到了很广泛的应用，但是由于碳化硼陶瓷的断裂韧性很低、原子间以牢固的共价键连接、原子激活能高、烧结活化能低，因而，获得大尺寸高密度的烧结体非常困难。
AIN材料具有高弹性模量、高抗弯强度等优点，而且碳化硼和氮化铝在晶格常数、晶型和密度等物理性能方面也比较接近，能够形成固溶相。氮化铝材料还具有优良的热传导性能，可以促进热量由烧结体外部向芯部的传递，有利于加热均匀化，这些对复合材料的制备都是有利的。
TiN是一种新型陶瓷材料，它己作为其它复合材料的增强相而应用，显示出良好的开发价值和应用前景。TiN作为增强相的引入，可以提高其强度和韧性，借助二步成型技术制备高均匀、高致密素坯，利用无压烧结制备碳化硼复合陶瓷，因此本文采用BN、ALN、TiN等氮化物改性碳化硼复合陶瓷，经球磨，形成亚微米级细小的氮化物、碳化硼超细粉体。无压烧结形成致密的氮化物改性碳化硼复合陶瓷，以提高碳化硼陶瓷材料的相对密度。
发明内容
为了获得高性能的陶瓷材料，本发明提出了一种氮化物改性碳化硼复合陶瓷的制备方法。该方法通过氮化硼改性，解决氮化硼复合陶瓷制备的技术问题。
本发明解决技术问题所采用的方案是：
将碳化硼原材料和ALN、TiN氮化物、酚醛树脂和PVA树脂混合，混合后加入到研磨罐中，采用氮化硅球进行研磨，球磨24h，过300目筛，获得平均粒径在0.65μm的亚微米级原料，放出料后，在200℃下烘干复合原料。
将烘干后的复合原料进行粉碎，过数次筛后，得到设定粒级的陶瓷原料，将陶瓷原料加入到模具型腔中经过80MPa-220MPa的压力压制成型后，进行预烧结，烧结温度控制在1000℃-1200℃，成型后修整柸体尺寸，压制成厚度为30mm，边长为300mm以上的大尺寸防弹陶瓷坯体。
将成型好的防弹陶瓷柸体加入到真空无压烧结炉中，在无压氮气保护下进行反应烧结，烧结温度在2000℃-2360℃，烧结时间0.25h～0.5h，烧结试样经过打磨抛光后，得到氮化物改性碳化硼复合陶瓷。
所述酚醛树脂和PVA树脂用作粘结剂使用。
积极效果，采用本发明方法，使所制得的氮化物改性氮化硼复合陶瓷致密度达到2.51g/cm3，抗弯强度338MPa，硬度32.10GPa，具有良好的力学性能。大尺寸陶瓷片的密度大，与普通碳化硼陶瓷片相比抗弯强度和硬度均有显著的提高。适宜作为改性氮化硼复合陶瓷的制备方法应用。
具体实施方式
将碳化硼原材料和ALN、TiN氮化物、酚醛树脂和PVA树脂混合，混合后加入到研磨罐中，采用氮化硅球进行研磨，球磨24h，过300目筛，获得平均粒径在0.65μm的亚微米级原料，放出料后，在200℃下烘干复合原料。
将烘干后的复合原料进行粉碎，过数次筛后，得到设定粒级的陶瓷原料，将陶瓷原料加入到模具型腔中经过80MPa-220MPa的压力压制成型后，进行预烧结，烧结温度控制在1000℃-1200℃，成型后修整柸体尺寸，压制成厚度为30mm，边长为300mm以上的大尺寸防弹陶瓷坯体。
将成型好的防弹陶瓷柸体加入到真空无压烧结炉中，在无压氮气保护下进行反应烧结，烧结温度在2000℃-2360℃，烧结时间0.25h～0.5h，烧结试样经过打磨抛光后，得到氮化物改性碳化硼复合陶瓷。
所述酚醛树脂和PVA树脂用作粘结剂使用。
特点：
由于采用ALN、TiN原料与氮化硼原料混合，经过配料、粉碎研磨，过筛，粉体预烧结和真空无压氮化烧结，制成氮化物改性氮化硼复合陶瓷。
制备氮化物改性氮化硼复合陶瓷，过程严谨，工艺简单，烧结性能好，产品强度高，且具有防弹性能，适合在安全与军工方面使用。

Claims (2)

1.一种氮化物改性碳化硼复合陶瓷的制备方法，其特征在于：
将碳化硼原材料和ALN、TiN氮化物、酚醛树脂和PVA树脂混合，混合后加入到研磨罐中，采用氮化硅球进行研磨，球磨24h，过300目筛，获得平均粒径在0.65μm的亚微米级原料，放出料后，在200℃下烘干复合原料；
将烘干后的复合原料进行粉碎，过数次筛后，得到设定粒级的陶瓷原料，将陶瓷原料加入到模具型腔中经过80MPa-220MPa的压力压制成型后，进行预烧结，烧结温度控制在1000℃-1200℃，成型后修整柸体尺寸，压制成厚度为30mm，边长为300mm以上的大尺寸防弹陶瓷坯体；
将成型好的防弹陶瓷柸体加入到真空无压烧结炉中，在无压氮气保护下进行反应烧结，烧结温度在2000℃-2360℃，烧结时间0.25h～0.5h，烧结试样经过打磨抛光后，得到氮化物改性碳化硼复合陶瓷。
2.根据权利要求1所述的一种氮化物改性碳化硼复合陶瓷的制备方法，其特征在于：所述酚醛树脂和PVA树脂用作粘结剂使用。
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