專利名稱：具有隔熱功能的層狀硼化鋯超高溫陶瓷的制備方法
技術領域：
本發明提供一種具有隔熱功能的層狀硼化鋯超高溫陶瓷的制備方法，屬于超高溫陶瓷的制備技術領域。
背景技術：
硼化鋯陶瓷具有優越的耐高溫和耐腐蝕性能及相對較低的理論密度，因此一直被認為是超高溫陶瓷(UHTCs)家族中最有應用前景的材料之一。目前，硼化鋯陶瓷已廣泛用作各種高溫結構及功能材料，如航空工業中的渦輪葉片、磁流體發電電極等。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環境下的應用，如超聲速飛行器鼻錐和前沿、超燃沖壓發動機熱端部件等。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。方法1是提高斷裂韌性，方法2是使斷裂方式為非脆性斷裂。目前已有關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合材料的制備方法”斷裂韌性達到 6. 0 6. SMPa · m1/2，但斷裂韌性仍有待進一步提高。而對斷裂方式改善問題沒有報道。同時材料在實際服役環境中，另一端與其他器件接觸，要求具有一定的隔熱性能， 這樣才能延長整體部件的服役壽命，硼化鋯熱導率為57. 9w/m · k，導熱性能好，不具有隔熱功能。專利號為CN101391895A的“梯度防/隔熱陶瓷基復合材料及其制備方法”采用層壓法，共有5層，具有隔熱功能，但各層較厚，層壓時，各層容易混合，層結構不均勻，斷裂韌性為 6. 0 6. 8MPa · m1/2，較低。

發明內容
本發明的目的是為了解決現有硼化鋯超高溫陶瓷韌性和隔熱性能差的問題，而提供一種具有隔熱功能的層狀硼化鋯超高溫陶瓷的制備方法，其技術方案為一種具有隔熱功能的層狀硼化鋯超高溫陶瓷的制備方法，其特征在于采用以下步驟1)制備流延片，先將粘結劑、增塑劑和溶劑攪拌均勻，再加入硼化鋯陶瓷粉料形成流延料，然后流延成型，室溫干燥脫模后得到200 1000 μ m厚的流延片；2)采用涂覆法，將氧化鋯料漿涂覆到流延片表面，通過涂覆次數控制涂層厚度；3)對流延片依照模具大小切片；4)將切片后的流延片疊加放入磨具中，真空脫脂，脫脂時，升溫速度為2 ；TC / min，升溫至600 700°C，保溫0. 5 Ih ；5)在氬氣氣氛下熱壓燒結，燒結溫度為1800 1900°C，保溫0. 5 2h，壓力為 20 40MPa，即得具有隔熱功能的層狀硼化鋯超高溫陶瓷。所述的具有隔熱功能的層狀硼化鋯超高溫陶瓷的制備方法，步驟1)中，制備流延片的硼化鋯陶瓷粉料由硼化鋯粉末和碳化硅粉末按體積百分比70 90% 10 30%混合而成。所述的具有隔熱功能的層狀硼化鋯超高溫陶瓷的制備方法，步驟1)中，以制備流延片的硼化鋯陶瓷粉料為基礎計算，按重量百分比稱取粘結劑5 10%、增塑劑5 10% 和溶劑100 ~ 200% ο所述的具有隔熱功能的層狀硼化鋯超高溫陶瓷的制備方法，步驟2~)中，氧化鋯料漿的制備方法為先稱量氧化鋯粉料后，然后以氧化鋯粉料重量為基礎，計算按重量百分比稱取增塑劑20 30%和去離子水1000 2000%。所述的具有隔熱功能的層狀硼化鋯超高溫陶瓷的制備方法，粘結劑采用聚乙烯醇縮丁醛，溶劑采用乙醇；增塑劑采用聚乙二醇和聚乙烯醇中的一種或兩種的混合。本發明與現有技術相比，具有如下優點1、在層狀硼化鋯超高溫陶瓷中，硼化鋯層為基層，氧化鋯層為強界面層，在受到外力時，裂紋發生偏折和分叉，增加了裂紋的擴展路徑，從而提高了材料的斷裂韌性，同時，氧化鋯發生相變增韌也進一步提高了陶瓷韌性，裂韌性高達9. IMPa · m1/2 ；2、由于納米氧化鋯層燒結后具有較高的強度和硬度，不降低層狀硼化鋯復合材料的強度；3、由于氧化鋯熱導率為2. 3w/m · k，所以降低了垂直于層方向的熱傳導，使層狀硼化鋯陶瓷具有隔熱功能；4、塊體陶瓷為脆性斷裂，而層狀硼化鋯陶瓷為對裂紋損傷具有一定容忍能力的逐次斷裂。


圖1是本發明實施例2所得層狀超高溫陶瓷的SEM照片；圖2是本發明實施例2所得層狀超高溫陶瓷斷面的SEM照片；圖3是本發明實施例2所得層狀超高溫陶瓷的載荷位移曲線。
具體實施例方式實施例11、硼化鋯流延片制備先稱量2. 61克聚乙烯醇縮丁醛、2. 61克聚乙二醇、52. 23克乙醇，通過攪拌使混合均勻，再加入42. 63克1 μ m的硼化鋯粉末、9. 60克0. 5 μ m碳化硅粉末，攪拌均勻形成流延料，流延，室溫干燥脫模后得到1000 μ m厚的流延片，其中硼化鋯粉末和碳化硅粉末是按照70% 30%的體積百分比稱取；2、涂覆先稱量2克聚乙二醇加入100克去離子水中攪拌均勻，再加入10克氧化鋯形成料漿；然后采用涂覆法，將氧化鋯料漿涂覆到流延片上表面，涂覆1次；3、對流延片依照模具大小切片；4、將切片后的流延片疊加放入磨具中，真空脫脂，脫脂時，升溫速度為2°C /min, 升溫至700°C，保溫Ih ；5、在氬氣氣氛下熱壓燒結，燒結溫度為1800°C，保溫0.證，壓力為40MPa，即得層狀硼化鋯超高溫陶瓷。
實施例21、硼化鋯流延片制備先稱量5. 51克聚乙烯醇縮丁醛、5. 51克聚乙二醇、82. 68 克乙醇，通過攪拌使混合均勻，再加入48. 72克2 μ m的硼化鋯粉末、6. 40克1 μ m碳化硅粉末，攪拌均勻形成流延料，流延，室溫干燥脫模后得到700 μ m厚的流延片，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；2、涂覆先稱量3克聚乙烯醇加入150克去離子水中攪拌均勻，再加入10克氧化鋯形成料漿；然后采用涂覆法，將氧化鋯料漿涂覆到流延片上表面，涂覆2次；3、對流延片依照模具大小切片；4、將切片后的流延片疊加放入磨具中，真空脫脂，脫脂時，升溫速度為2. 5°C / min，升溫至700°C，保溫Ih ；5、在氬氣氣氛下熱壓燒結，燒結溫度為1850°C，保溫lh，壓力為30MPa，即得層狀硼化鋯超高溫陶瓷。實施例31、硼化鋯流延片制備先稱量4. 06克聚乙烯醇縮丁醛、4. 06克聚乙烯醇、116. 02 克乙醇，通過攪拌使混合均勻，再加入81克5 μ m的硼化鋯粉末、3. 20克2 μ m碳化硅粉末，攪拌均勻形成流延料，流延，室溫干燥脫模后得到200 μ m厚的流延片，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、涂覆先稱量2. 5克聚乙烯醇加入200克去離子水中攪拌均勻，再加入10克氧化鋯形成料漿；然后采用涂覆法，將氧化鋯料漿涂覆到流延片上表面，涂覆3次；3、對流延片依照模具大小切片；4、將切片后的流延片疊加放入磨具中，真空脫脂，脫脂時，升溫速度為3°C /min, 升溫至700°C，保溫Ih ；5、在氬氣氣氛下熱壓燒結，燒結溫度為1900°C，保溫2h，壓力為20MPa，即得層狀硼化鋯超高溫陶瓷。實施例41、硼化鋯流延片制備先稱量4. 06克聚乙烯醇縮丁醛、4克聚乙二醇、1克聚乙烯醇、116. 02克乙醇，通過攪拌使混合均勻，再加入54. 81克2 μ m的硼化鋯粉末、3. 20克2 μ m 碳化硅粉末，攪拌均勻形成流延料，流延，室溫干燥脫模后得到200 μ m厚的流延片，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、涂覆先稱量1. 5克聚乙二醇、1克聚乙烯醇加入100克去離子水中攪拌均勻， 再加入10克氧化鋯形成料漿；然后采用涂覆法，將氧化鋯料漿涂覆到流延片上表面，涂覆2 次；3、對流延片依照模具大小切片；4、將切片后的流延片疊加放入磨具中，真空脫脂，脫脂時，升溫速度為3°C /min, 升溫至700°C，保溫Ih ；5、在氬氣氣氛下熱壓燒結，燒結溫度為1900°C，保溫2h，壓力為20MPa，即得層狀
硼化鋯超高溫陶瓷。
權利要求
1.一種具有隔熱功能的層狀硼化鋯超高溫陶瓷的制備方法，其特征在于采用以下步驟1)制備流延片，先將粘結劑、增塑劑和溶劑攪拌均勻，再加入硼化鋯陶瓷粉料形成流延料，然后流延成型，室溫干燥脫模后得到200 1000 μ m厚的流延片；2)采用涂覆法，將氧化鋯料漿涂覆到流延片表面，通過涂覆次數控制涂層厚度；3)對流延片依照模具大小切片；4)將切片后的流延片疊加放入磨具中，真空脫脂，脫脂時，升溫速度為2 ;TC/min,升溫至600 700°C，保溫0. 5 Ih ；5)在氬氣氣氛下熱壓燒結，燒結溫度為1800 1900°C，保溫0.5 濁，壓力為20 40MPa，即得具有隔熱功能的層狀硼化鋯超高溫陶瓷。
2.如權利要求1所述的具有隔熱功能的層狀硼化鋯超高溫陶瓷的制備方法，其特征在于步驟1)中，制備流延片的硼化鋯陶瓷粉料由硼化鋯粉末和碳化硅粉末按體積百分比 70 90% 10 30%混合而成。
3.如權利要求1所述的具有隔熱功能的層狀硼化鋯超高溫陶瓷的制備方法，其特征在于步驟1)中，以制備流延片的硼化鋯陶瓷粉料為基礎計算，按重量百分比稱取粘結劑5 10%、增塑劑5 10%和溶劑100 ~ 200% ο
4.如權利要求1所述的具有隔熱功能的層狀硼化鋯超高溫陶瓷的制備方法，其特征在于步驟幻中，氧化鋯料漿的制備方法為先稱量氧化鋯粉料后，然后以氧化鋯粉料重量為基礎，計算按重量百分比稱取增塑劑20 30%和去離子水1000 2000%。
5.如權利要求1或3所述的具有隔熱功能的層狀硼化鋯超高溫陶瓷的制備方法，其特征在于粘結劑采用聚乙烯醇縮丁醛，溶劑采用乙醇。
6.如權利要求1、3或4所述的具有隔熱功能的層狀硼化鋯超高溫陶瓷的制備方法，其特征在于增塑劑采用聚乙二醇和聚乙烯醇中的一種或兩種的混合。
全文摘要
本發明提供一種具有隔熱功能的層狀硼化鋯超高溫陶瓷的制備方法，其特征在于采用以下步驟1)制備流延片，先將粘結劑、增塑劑和溶劑攪拌均勻，再加入硼化鋯陶瓷粉料形成流延料，然后流延成型，室溫干燥脫模后得到200～1000μm厚的流延片；2)采用涂覆法，將氧化鋯料漿涂覆到流延片表面，通過涂覆次數控制涂層厚度；3)對流延片依照模具大小切片；4)將切片后的流延片疊加放入磨具中，真空脫脂；5)在氬氣氣氛下熱壓燒結，即得具有隔熱功能的層狀硼化鋯超高溫陶瓷，裂韌性高達9.1MPa·m1/2，室溫時，垂直于層方向的熱傳導為8w/m·k。本發明所得的層狀硼化鋯陶瓷的斷裂方式為非脆性斷裂，即表現為對裂紋損傷具有一定容忍能力的逐次斷裂，且具有隔熱功能，性能優良。
文檔編號C04B35/622GK102173810SQ20101062238
公開日2011年9月7日 申請日期2010年12月30日 優先權日2010年12月30日
發明者馮柳, 孟凡濤, 董抒華, 魏春城 申請人:山東理工大學