CN114315372A - 一种高强度h-BN陶瓷的制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高强度h‑BN陶瓷的制备工艺，属于高温结构功能一体化陶瓷的技术领域。可适用于雷达的传递窗、天线罩材料、高温金属熔炼坩埚、热电偶保护管、散热片、核反应堆的结构材料等。六方氮化硼(h‑BN)是由硼原子和氮原子以共价键结合而成，具有类似于石墨的层状结构，有“白石墨”之称。BN是良好的绝缘体，热膨胀系数小，且抗震性很高的优点，还具有很高的化学稳定性和优异的热稳定性。本发明通过高温固相反应制备的高强度h‑BN陶瓷。制备方法简单，制备环境要求较低，可实现大规模产业化生产。实验制备的BN陶瓷性能优于传统工艺制备的BN陶瓷，能够达到高新技术领域的严格要求，具有更为广泛的用途。
Description
技术领域
本发明涉及一种高强度h-BN陶瓷的制备工艺，属于高温结构功能一体化陶瓷的技术领域，可适用于雷达的传递窗、天线罩材料、高温金属熔炼坩埚、热电偶保护管、散热片、核反应堆的结构材料等。
背景技术
六方氮化硼(h-BN)是是由硼原子和氮原子以共价键结合而成，具有类似于石墨的层状结构，有“白石墨”之称。BN是良好的绝缘体，热膨胀系数小,且抗震性很高的优点，还具有很高的化学稳定性和优异的热稳定性。
h-BN陶瓷的制备方法主要是采用h-BN粉体，通过高温烧结形成h-BN陶瓷。由于 h-BN 是一种强共价键化合物，其固相扩散系数低，并且其独特的片层结构在烧结过程中易形成卡片房式结构，因此烧结性能很差，难以获得致密度高的陶瓷。
本专利通过高温固相反应制备的高强度h-BN陶瓷。制备方法简单，制备环境要求较低，可实现大规模产业化生产。实验制备的BN陶瓷性能优于传统工艺制备的BN陶瓷，能够达到高新技术领域的严格要求，具有更为广泛的用途。
发明内容
本发明的目的是解决了h-BN陶瓷材料烧结性能差，难以获得致密度高、强度高的h-BN陶瓷。本发明通过高温固相反应制备的高强度BN陶瓷，提供了一种高效简洁的方法。该方法对原料要求简单，且危险性小，可大量制备。该方法以碳化锆、碳化硼、氮化硅、氮化硼为原料，通过高温固相反应生成纳米级h-BN晶粒，制备出高强度的碳氮化硼陶瓷材料。
本发明所采用的技术方案是：一种高强度h-BN陶瓷的制备工艺，包括如下步骤：
1）按照质量分数，将10~70%的碳化锆粉末、0~50%的碳化硼粉末、0~60%的氮化硅粉末、0~50%的氮化硼粉末混合均匀，得到原料；
2）将所述原料置于球磨机中对其进行球磨，待其混合均匀后，干燥，得到粒径小于20μm得到混合粉料，其中混合方式可以分为干混和湿混；
3）将均匀混合的粉体置于模具中，并防置于加热炉内，真空度约为1.0×101Pa，以3~15℃/min的速率升温到1300-2500℃，加压至20-50MPa，并保温保压1-6h后降温冷却，冷却速度为5℃/min，冷却至1000-1500℃后泄压；
4）将模具取出，并取出烧结后的样品，即得所述的含有超细碳化硅陶瓷材料；
进一步的，所述的碳化锆粉末、碳化硼粉末、氮化硅粉末、氮化硼粉末的粒径均小于20μm；
进一步的，步骤2）原料混合过程中的球磨方式分为干混和湿混两种方式，其中湿混的球磨介质为正己烷；
进一步的，所述的步骤3）的升温过程分为三步，第一步以10~15℃/min的速率由室温升温到1200~1400℃，第二步以6~10℃/min的速率升温到1500~1700℃，第三步以3~8℃/min的速率升温到1800~2500℃；
进一步的，所述的步骤3）所述的将温度升到1400~2500℃，并保温时间为1-6h；
进一步的，所述的步骤3）所述的加压压力为20-50MPa，并保温保压；
进一步的，所述的步骤4）所述的将温度升到1400~2500℃，并保温时间为1-6h；
进一步的，所述的步骤4）的降温冷却为5℃/min。冷却至1000-1500℃后泄压；
本发明的有益效果是：利用碳化锆、碳化硼、氮化硅为原料，通过冷压高温固相反应生成晶粒尺寸较小的高强度h-BN陶瓷。相比于其现有的h-BN陶瓷，通过固相反应制备的h-BN陶瓷晶粒尺寸较小，致密度较大，强度较高。且本发明提供的制备工艺简单，原料成本降低，安全性高，易于控制，可用于产业化生产。
附图说明
图1：h-BN晶体结构示意图；
图2：实施例一h-BN陶瓷SEM图；
图3：实施例一h-BN陶瓷SEM图；
图4：实施例二h-BN陶瓷SEM图；
图5：实施例二h-BN陶瓷SEM图；
图6：实施例一h-BN陶瓷数据。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明h-BN陶瓷制备方法进行详细描述。
实施例一
一种合成高强h-BN陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：
1）按照体积分数，将8.5g碳化锆、5.6g碳化硼、8.5g氮化硅和41g氮化硼粉末混合均匀，得到原料；
2）将所述原料置于球磨机中，按照原料与刚玉球质量比为1:3加入刚玉球，湿法球磨2h后烘干，得到粒径小于20μm的混合粉料；
3）将原料放入模具中，并置于加热炉内，煅烧制度为：以10℃/min的升温速率从室温升温至500 ℃；再以7℃/min的升温速率升温至1400 ℃；然后以5℃/min的升温速率升温至2000℃；加压30MPa，保温保温保压60min；随炉冷却；即得h-BN陶瓷材料。
实施例二
一种合成h-BN陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：
1）按照物质的量之比，将氮化锆、硼粉和氮化硼的物质的量之比为3:2：1的粉末混合均匀，得到原料；
2）将所述原料置于球磨机中，按照原料与刚玉球质量比为1:3加入刚玉球，湿法球磨2.5h后烘干，得到粒径小于20μm的混合粉料；
3）将样品置入模具中，并置于真空加热炉内，煅烧制度为：以10℃/min的升温速率从室温升温至500 ℃；再以7℃/min的升温速率升温至1400 ℃；然后以5℃/min的升温速率升温至1900℃；压力30MPa，保温保压30min；随炉冷却；即得h-BN陶瓷材料。
实施例三
一种合成高强h-BN陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：
1）按照物质的量之比，将硼粉和三聚氰胺物质的量之比为3:2的粉末混合均匀，得到原料；
2）将所述原料置于球磨机中，按照原料与刚玉球质量比为1:3加入刚玉球，湿法球磨2.5h后烘干，得到粒径小于20μm的混合粉料；
3）将样品置入橡胶模具中，在50MPa冷等静压下成型，脱模后得到坯料；
4）将所述坯料置于真空加热炉内，煅烧制度为：以10℃/min的升温速率从室温升温至500 ℃；再以7℃/min的升温速率升温至1400 ℃；然后以5℃/min的升温速率升温至1800℃；保温180min；随炉冷却；即得含有h-BN陶瓷材料。
综上，本发明公开了一种制备高强h-BN陶瓷的方法，包括如下步骤：1）按照质量分数，将10~70%的碳化锆粉末、0~50%的碳化硼粉末、0~60%的氮化硅粉末、0~50%的氮化硼粉末混合均匀，得到原料； 2）将所述原料置于球磨机中对其进行球磨，待其混合均匀后，干燥，得到粒径小于20μm得到混合粉料，其中混合方式可以分为干混和湿混；3）将均匀混合的粉体置于模具中，并防置于加热炉内，真空度约为1.0×101Pa，以3~15℃/min的速率升温到1300-2500℃，加压至20-50MPa，并保温保压1-6h后降温冷却，冷却速度为5℃/min，冷却至1000-1500℃后泄压。4）将模具取出，并取出烧结后的样品，即得所述的含有超细碳化硅陶瓷材料。该制备方法简单，可大规模制备。尽管上面对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种高强度氮化硼陶瓷的制备工艺，其特征在于，包括如下实验步骤：1）按照质量分数，将10~70%的碳化锆粉末、0~50%的碳化硼粉末、0~60%的氮化硅粉末、0~50%的氮化硼粉末混合均匀，得到原料； 2）将所述原料置于球磨机中对其进行球磨，待其混合均匀后，干燥，得到粒径小于20μm得到混合粉料，其中混合方式可以分为干混和湿混；3）将均匀混合的粉体置于模具中，并防置于加热炉内，真空度约为1.0×101Pa，以3~15℃/min的速率升温到1300-2500℃，加压至20-50MPa，并保温保压1-6h后降温冷却，冷却速度为5℃/min，冷却至1000-1500℃后泄压，4）将模具取出，并取出烧结后的样品，即得所述的含有超细碳化硅陶瓷材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1）所述的碳化锆粉末、碳化硼粉末、氮化硅粉末、氮化硼粉末的粒径均小于20μm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2）原料混合过程中的球磨方式分为干混和湿混两种方式，其中湿混的球磨介质为正己烷。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3）的升温过程分为三步，第一步以10~15℃/min的速率由室温升温到1200~1400℃，第二步以6~10℃/min的速率升温到1500~1700℃，第三步以3~8℃/min的速率升温到1800~2500℃。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3）所述的将温度升到1400~2500℃，并保温时间为1-6h。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3）所述的加压压力为20-50MPa，并保温保压。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤4）的降温冷却为5℃/min，
冷却至1000-1500℃后泄压。
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4885264A (en) * | 1988-07-21 | 1989-12-05 | Elektroschmelzwerk Kempten Gmbh | Pressure-sintered polycpystalline mixed materials with a base of hexagonal boron nitride, oxides and carbides |
| JPH0912371A (ja) * | 1995-06-29 | 1997-01-14 | Nkk Corp | 窒化ホウ素含有材料およびその製造方法 |
| CN1161947A (zh) * | 1997-02-03 | 1997-10-15 | 汪宁 | 一种含六方氮化硼的高技术复合陶瓷及其制备方法 |
| CN101318636A (zh) * | 2008-05-12 | 2008-12-10 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种原位氮化制备含六方氮化硼的复合材料的方法 |
| CN105198443A (zh) * | 2015-10-21 | 2015-12-30 | 哈尔滨工业大学 | 氮化硼复相陶瓷的过渡相辅助低温烧结方法 |
| CN105399426A (zh) * | 2015-11-16 | 2016-03-16 | 长兴鑫宇耐火材料有限公司 | 一种氮化硼陶瓷的制备方法 |
| CN105753485A (zh) * | 2015-12-11 | 2016-07-13 | 天津城建大学 | 氮化硼复相陶瓷材料及其无压烧结工艺 |
| CN109485421A (zh) * | 2018-12-25 | 2019-03-19 | 清华大学深圳研究生院 | 基于碳氮化物纳米二维材料增韧的结构陶瓷及其制备方法 |
-
2020
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Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4885264A (en) * | 1988-07-21 | 1989-12-05 | Elektroschmelzwerk Kempten Gmbh | Pressure-sintered polycpystalline mixed materials with a base of hexagonal boron nitride, oxides and carbides |
| JPH0912371A (ja) * | 1995-06-29 | 1997-01-14 | Nkk Corp | 窒化ホウ素含有材料およびその製造方法 |
| CN1161947A (zh) * | 1997-02-03 | 1997-10-15 | 汪宁 | 一种含六方氮化硼的高技术复合陶瓷及其制备方法 |
| CN101318636A (zh) * | 2008-05-12 | 2008-12-10 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种原位氮化制备含六方氮化硼的复合材料的方法 |
| CN105198443A (zh) * | 2015-10-21 | 2015-12-30 | 哈尔滨工业大学 | 氮化硼复相陶瓷的过渡相辅助低温烧结方法 |
| CN105399426A (zh) * | 2015-11-16 | 2016-03-16 | 长兴鑫宇耐火材料有限公司 | 一种氮化硼陶瓷的制备方法 |
| CN105753485A (zh) * | 2015-12-11 | 2016-07-13 | 天津城建大学 | 氮化硼复相陶瓷材料及其无压烧结工艺 |
| CN109485421A (zh) * | 2018-12-25 | 2019-03-19 | 清华大学深圳研究生院 | 基于碳氮化物纳米二维材料增韧的结构陶瓷及其制备方法 |
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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