一种高性能硼化锆-碳化硅复相陶瓷电极制备方法

文档序号:480362 发布日期:2022-01-04 浏览:20次 >En<

阅读说明:本技术 一种高性能硼化锆-碳化硅复相陶瓷电极制备方法 (Preparation method of high-performance zirconium boride-silicon carbide composite ceramic electrode ) 是由 巩鹏程 王前 任学美 巩长生 于 2021-10-15 设计创作,主要内容包括:本发明公开的属于超高温陶瓷材料技术领域,具体为一种高性能硼化锆-碳化硅复相陶瓷电极制备方法,该高性能硼化锆-碳化硅复相陶瓷电极制备方法的具体步骤流程图如下:取料:称取一定重量的碳化硅粉末和硼化锆粉末,将两种粉末倒入研磨装置的内部,使用研磨装置对两种粉末进行不断粉碎,当完全粉碎后,使用搅拌装置对其进行充分搅拌8-10分钟,直至完全混合后,向其中加入过量的乙醇溶液,继续充分搅拌5-7分钟;恒温球磨:将两种混合物倒入研磨装置的内部,保持温度控制在30-40摄氏度,对其进行持续恒温球磨2-4小时,恒温球磨之后,生产的硼化锆-碳化硅复相陶瓷电极的韧性有效提高,在后期使用的过程中不容易发生断裂,从而提高陶瓷电极质量。(The invention belongs to the technical field of ultra-high temperature ceramic materials, and particularly relates to a preparation method of a high-performance zirconium boride-silicon carbide complex phase ceramic electrode, which comprises the following specific steps: taking materials: weighing silicon carbide powder and zirconium boride powder in certain weight, pouring the two kinds of powder into a grinding device, continuously grinding the two kinds of powder by using the grinding device, fully stirring the powder for 8-10 minutes by using a stirring device after the powder is completely ground, adding excessive ethanol solution into the powder until the powder is completely mixed, and continuously and fully stirring the powder for 5-7 minutes; constant temperature ball milling: pouring the two mixtures into a grinding device, keeping the temperature at 30-40 ℃, continuously ball-milling the mixture at constant temperature for 2-4 hours, and after ball-milling at constant temperature, effectively improving the toughness of the produced zirconium boride-silicon carbide complex phase ceramic electrode, and being not easy to break in the later use process, thereby improving the quality of the ceramic electrode.)

一种高性能硼化锆-碳化硅复相陶瓷电极制备方法

技术领域

本发明涉及超高温陶瓷材料技术领域,具体为一种高性能硼化锆-碳化硅复相陶瓷电极制备方法。

背景技术

ZrB2-SiC复合材料具有熔点、良好的导电性以及良好的中子控制能力等特点,一般用于高温结构陶瓷材料、耐火材料、电极材料以及航空航天等诸多领域当中。尤其是当今火箭、导弹技术的高速发展,对ZrB2-SiC的需求更为迫切,而这些领域对ZrB2-SiC复合材料的各项性能要求都很高,超高温陶瓷材料是指在高温环境及反应气氛中能够保持物理和化学稳定性的一种特殊陶瓷材料。这类材料主要包括过渡金属硼化物、碳化物以及氮化物,其熔点均超过3000℃。其中,过渡金属硼化物凭借其高熔点、高热导率、高电导率、良好的化学稳定性及抗热冲击性能,已成为最有优势的高温结构陶瓷材料,在高超声速飞行、大气层再入、跨大气层飞行和火箭推进系统等极端环境中有着广泛的应用前景。

但是现有的硼化锆-碳化硅复相陶瓷电极制备方法比较落后,制备出来的硼化锆-碳化硅复相陶瓷电极韧性比较差,从而导致在后期使用的过程中,容易断裂,从而影响使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高性能硼化锆-碳化硅复相陶瓷电极制备方法,以解决上述背景技术中提出的现有的制备方法制备出来的硼化锆-碳化硅复相陶瓷电极韧性比较差,从而导致在后期使用的过程中,容易断裂,从而影响使用的问题。

为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种高性能硼化锆-碳化硅复相陶瓷电极制备方法,该高性能硼化锆-碳化硅复相陶瓷电极制备方法的具体步骤流程图如下:

取料:称取一定重量的碳化硅粉末和硼化锆粉末,将两种粉末倒入研磨装置的内部,使用研磨装置对两种粉末进行不断粉碎,当完全粉碎后,使用搅拌装置对其进行充分搅拌8-10分钟,直至完全混合后,向其中加入过量的乙醇溶液,继续充分搅拌5-7分钟;

恒温球磨:将两种混合物倒入研磨装置的内部,保持温度控制在30-40摄氏度,对其进行持续恒温球磨2-4小时,恒温球磨之后,将其放置在转速为30-60r/min的转速下持续烘干30-40分钟;

放电等离子烧结:将上述步骤中得到的粉末装入石墨模具,置于真空环境中,然后均匀加压进行放电等离子烧结,烧结时,从室温上升至1600-1700C的过程中,环境压力平稳均匀的加至30MPa-40MPa,之后在温度为1700℃、压力40MPa条件下保温8-10min,然后断电自然冷却至室温,得到高性能硼化锆-碳化硅复相陶瓷电极。

优选的,所述取料和恒温球磨步骤中,所需要使用的研磨装置均为玛瑙球磨罐。

优选的,所述恒温球磨步骤中,球磨的方法为湿式行星球磨。

优选的,所述恒温球磨步骤中,需要加入粘结剂、增塑剂,该粘结剂和增塑剂的比例为1∶2,所述粘结剂采用聚乙烯醇缩丁醛,所述增塑剂采用聚乙二醇。

优选的,所述取料步骤中,对碳化硅粉末和硼化锆粉末研磨后的颗粒需要过200目筛。

与现有技术相比,本发明的有益效果是:

通过取料、恒温球磨和放电等离子烧结的共同配合,生产的硼化锆-碳化硅复相陶瓷电极的韧性有效提高,在后期使用的过程中不容易发生断裂,从而提高陶瓷电极质量。

附图说明

图1为本发明制备方法步骤流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。

请参阅图1,本发明提供一种技术方案:一种高性能硼化锆-碳化硅复相陶瓷电极制备方法,该高性能硼化锆-碳化硅复相陶瓷电极制备方法的具体步骤流程图如下:

取料:称取一定重量的碳化硅粉末和硼化锆粉末,将两种粉末倒入研磨装置的内部,使用研磨装置对两种粉末进行不断粉碎,当完全粉碎后,使用搅拌装置对其进行充分搅拌8-10分钟,直至完全混合后,向其中加入过量的乙醇溶液,继续充分搅拌5-7分钟;

恒温球磨:将两种混合物倒入研磨装置的内部,保持温度控制在30-40摄氏度,对其进行持续恒温球磨2-4小时,恒温球磨之后,将其放置在转速为30-60r/min的转速下持续烘干30-40分钟;

放电等离子烧结:将上述步骤中得到的粉末装入石墨模具,置于真空环境中,然后均匀加压进行放电等离子烧结,烧结时,从室温上升至1600-1700C的过程中,环境压力平稳均匀的加至30MPa-40MPa,之后在温度为1700℃、压力40MPa条件下保温8-10min,然后断电自然冷却至室温,得到高性能硼化锆-碳化硅复相陶瓷电极。

所述取料和恒温球磨步骤中,所需要使用的研磨装置均为玛瑙球磨罐。

所述恒温球磨步骤中,球磨的方法为湿式行星球磨。

所述恒温球磨步骤中,需要加入粘结剂、增塑剂,该粘结剂和增塑剂的比例为1∶2,所述粘结剂采用聚乙烯醇缩丁醛,所述增塑剂采用聚乙二醇。

所述取料步骤中,对碳化硅粉末和硼化锆粉末研磨后的颗粒需要过200目筛。

ZrB2是六方晶系的C32准金属结构化合物,它具有高熔点、高硬度、高稳定性以及良好的导电、导热性和抗化学腐蚀性,因此在耐火材料、喷嘴、切削刀具和轴承行业有很大的发展前景,此外,ZrB2具有良好的中子控制能力,可用于核工业。

SiC在不同物理化学环境下能形成不同的晶体结构,这些成分相同,形态,构造和物理特性有差异的晶体称为同质多象变体,SiC在工程中的增韧应用主要有SiCp和SiCw两类,SiCp增韧陶瓷复合基材料属于一种弥散颗粒增强复合材料,这种复合材料各向同性,制备加工方法简单;SiCp增韧机制有残余应力场增韧、微裂纹增韧、裂纹偏转、裂纹分岔、裂纹桥连和裂纹钉扎等;SiCp的增韧机理主要是在复合材料内部形成了内晶型结构,内晶型结构纳米复合陶瓷晶粒细化同时产生了次晶界,致使晶界数量大幅度增加,材料的强度和韧性也大幅提高,某些陶瓷甚至还表现出了超韧性,内晶型结构纳米复合陶瓷材料主要通过以下几个效应使陶瓷材料得以增强:①弥散相引入有效地抑制了基质晶粒生长和减轻了晶粒的异常长大;②弥散相或弥散相周围存在局部应力,这种应力是由基体与弥散相之间热膨胀失配而产生,并在冷却阶段产生了位错,纳米粒子钉扎或进入位错区使基本晶粒内产生潜晶界,使晶粒细化而减弱主晶界的作用;③纳米粒子周围的局部拉伸应力诱发穿晶断裂,并由于硬粒子对裂纹尖端的反射作用而产生韧化;④纳米粒子高温牵制位错运动,使高温力学性能如硬度、强度及抗蠕变性得到改善。

实施例1:

该高性能硼化锆-碳化硅复相陶瓷电极制备方法的具体步骤流程图如下:

取料:称取一定重量的碳化硅粉末和硼化锆粉末,将两种粉末倒入研磨装置的内部,使用研磨装置对两种粉末进行不断粉碎,当完全粉碎后,使用搅拌装置对其进行充分搅拌8分钟,直至完全混合后,向其中加入过量的乙醇溶液,继续充分搅拌5分钟;

恒温球磨:将两种混合物倒入研磨装置的内部,保持温度控制在30摄氏度,对其进行持续恒温球磨2小时,恒温球磨之后,将其放置在转速为30-60r/min的转速下持续烘干30分钟;

放电等离子烧结:将上述步骤中得到的粉末装入石墨模具,置于真空环境中,然后均匀加压进行放电等离子烧结,烧结时,从室温上升至1600C的过程中,环境压力平稳均匀的加至30MPa,之后在温度为1700℃、压力40MPa条件下保温8min,然后断电自然冷却至室温,得到高性能硼化锆-碳化硅复相陶瓷电极;

实施例2:

该高性能硼化锆-碳化硅复相陶瓷电极制备方法的具体步骤流程图如下:

取料:称取一定重量的碳化硅粉末和硼化锆粉末,将两种粉末倒入研磨装置的内部,使用研磨装置对两种粉末进行不断粉碎,当完全粉碎后,使用搅拌装置对其进行充分搅拌9分钟,直至完全混合后,向其中加入过量的乙醇溶液,继续充分搅拌6分钟;

恒温球磨:将两种混合物倒入研磨装置的内部,保持温度控制在35摄氏度,对其进行持续恒温球磨3小时,恒温球磨之后,将其放置在转速为45r/min的转速下持续烘干35分钟;

放电等离子烧结:将上述步骤中得到的粉末装入石墨模具,置于真空环境中,然后均匀加压进行放电等离子烧结,烧结时,从室温上升至1650C的过程中,环境压力平稳均匀的加至35MPa,之后在温度为1700℃、压力40MPa条件下保温9min,然后断电自然冷却至室温,得到高性能硼化锆-碳化硅复相陶瓷电极;

实施例3:

该高性能硼化锆-碳化硅复相陶瓷电极制备方法的具体步骤流程图如下:

取料:称取一定重量的碳化硅粉末和硼化锆粉末,将两种粉末倒入研磨装置的内部,使用研磨装置对两种粉末进行不断粉碎,当完全粉碎后,使用搅拌装置对其进行充分搅拌10分钟,直至完全混合后,向其中加入过量的乙醇溶液,继续充分搅拌7分钟;

恒温球磨:将两种混合物倒入研磨装置的内部,保持温度控制在40摄氏度,对其进行持续恒温球磨4小时,恒温球磨之后,将其放置在转速为30-60r/min的转速下持续烘干40分钟;

放电等离子烧结:将上述步骤中得到的粉末装入石墨模具,置于真空环境中,然后均匀加压进行放电等离子烧结,烧结时,从室温上升至1700C的过程中,环境压力平稳均匀的加至40MPa,之后在温度为1700℃、压力40MPa条件下保温10min,然后断电自然冷却至室温,得到高性能硼化锆-碳化硅复相陶瓷电极。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明;因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内,不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

7页详细技术资料下载
上一篇:一种医用注射器针头装配设备
下一篇:一种改进的碳化硅蜂窝陶瓷单元体快速烧成方法

网友询问留言

已有0条留言

还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!

精彩留言,会给你点赞!