本發明涉及陶瓷制備，具體為一種低燒結溫度的碳化硼基復相陶瓷的制備方法。

背景技術：

1、碳化硼是一種優異的陶瓷材料，具有密度低、硬度高、強度高、化學性能穩定等眾多優良性能，但是碳化硼陶瓷由于其內部共價鍵含量比較高(93.9％)，它的熔點很高(2350℃)，塑性比較差，燒結活化能比較低，同時它的擴散速率很低，這也就導致碳化硼陶瓷的燒結致密化十分困難，并且碳化硼表面一般會氧化形成一層致密的b2o3膜，這層氧化膜進一步阻礙了碳化硼的致密化。所以，改善碳化硼的致密化實現低溫燒結一直是目前研究的重點。這就導致碳化硼一般在大于2100℃的溫度下進行燒結，但是較高溫度的燒結過程中難免會出現晶粒快速長大的現象，通過添加燒結助劑第二相進行摻雜燒結是降低碳化硼的致密化溫度的一個有效途徑，如碳質前驅體在低溫下可以去除b4c表面的硼的氧化物(如b2o3)，發生還原反應，并且在高溫下在晶界處能夠形成共晶液相，從而增強b4c的致密性。氧化物的加入有可能會與b4c反應生成低熔點物質(如添加氧化鋁可能會形成alb12c2相)，這些物質會產生液相燒結，促進顆粒的滑動、旋轉和重排，有利于陶瓷的致密化。過渡金屬碳化物可以與b4c原位反應生成的碳和過渡金屬硼化物促進燒結過程，阻礙了晶粒的生長。過渡金屬硼化物的添加有可能形成共晶液相從而促進b4c的燒結(如crb2的添加)。金屬加劑可以促進b4c陶瓷的液相燒結，但是要保證二者之間具有良好的潤濕性，目前使用到的金屬添加劑主要有al、ti、fe、mg、cu等，通過在高溫下形成液相，有利于燒結，大大降低了孔隙率(如fe的添加)。但是大量引入其它雜質元素不僅會導致材料硬度的下降，還會提高材料的密度。因此，在保持其低密度和高硬度的前提下，如何通過合理的設計來促進碳化硼的低溫燒結是目前研究的關鍵問題。

技術實現思路

1、本部分的目的在于概述本發明的實施方式的一些方面以及簡要介紹一些較佳實施方式。在本部分以及本技術的說明書摘要和發明名稱中可能會做些簡化或省略以避免使本部分、說明書摘要和發明名稱的目的模糊，而這種簡化或省略不能用于限制本發明的范圍。

2、因此，本發明的目的是提供一種低燒結溫度的碳化硼基復相陶瓷的制備方法，通過對碳化硼進行表面化學鍍處理，使金屬層包裹在碳化硼顆粒表面，利用金屬層低熔點的優點，然后對其進行低溫熱壓燒結形成低熔點相沿晶粒分布的碳化硼基復相陶瓷。

3、為解決上述技術問題，根據本發明的一個方面，本發明提供了如下技術方案：

4、一種低燒結溫度的碳化硼基復相陶瓷的制備方法，步驟如下：

5、s1、稱取碳化硼粉體，將粉末放入30-50ml/l的活化刻蝕溶液中，去除碳化硼表面的氧化硼，同時在碳化硼表面形成階梯狀的缺陷，然后室溫下機械攪拌5-20min，隨后用去離子水清洗5次，去除刻蝕溶液和刻蝕產物的殘留，然后將其在80℃溫度下干燥10-12h，獲得干燥的活化碳化硼粉末便于后面的化學鍍處理；

6、s2、將步驟s1中經過活化處理的碳化硼粉體放入含金屬離子的化學鍍液中，調整溫度和ph值，使碳化硼表面形成一層金屬層，以50-100r/min轉速，機械攪拌5-40min，隨后用去離子水清洗5次，去除化學鍍液的殘留以及一些結合不牢固的鈦顆粒，然后將其在80℃溫度下干燥10-12h，最終獲得干燥的金屬包裹的碳化硼陶瓷粉體便于后面的熱壓燒結；

7、s3、將步驟s2所得金屬包裹的碳化硼陶瓷粉體放入石墨材質的燒結模具中，在冷壓機下機壓成型，得到碳化硼基復合陶瓷坯體；

8、s4、將步驟s3所得的碳化硼基復合陶瓷生坯裝入鋪著石墨紙的石墨模具中，進行氬氣氣氛下的熱壓燒結，控制燒結溫度為1600-1700℃，保溫時間為60-120min，燒結施加壓力為20-60mpa，得到碳化硼基復合陶瓷材料。

9、作為本發明所述的一種低燒結溫度的碳化硼基復相陶瓷的制備方法的一種優選方案，所述步驟s1中活化刻蝕溶液為氫氟酸溶液、王水溶液或者是促進敏化的sncl2和hcl。

10、作為本發明所述的一種低燒結溫度的碳化硼基復相陶瓷的制備方法的一種優選方案，其中，所述步驟s1中活化刻蝕溶液的濃度是30-50ml/l，對碳化硼粉末的刻蝕情況可變。

11、作為本發明所述的一種低燒結溫度的碳化硼基復相陶瓷的制備方法的一種優選方案，其中，所述步驟s1和步驟s2中機械攪拌的轉速為50-100r/min，步驟s1中，攪拌時間為5-20min，步驟s2中，攪拌時間為5-40min。

12、作為本發明所述的一種低燒結溫度的碳化硼基復相陶瓷的制備方法的一種優選方案，其中，所述步驟s1和步驟s2中去離子水清洗5次。

13、作為本發明所述的一種低燒結溫度的碳化硼基復相陶瓷的制備方法的一種優選方案，其中，所述步驟s1和步驟s2中活化處理和化學鍍處理的粉末干燥工藝是在70-85℃的真空干燥箱內烘8-12h。

14、作為本發明所述的一種低燒結溫度的碳化硼基復相陶瓷的制備方法的一種優選方案，其中，所述步驟s2中化學鍍液的溶液是含有金屬離子的溶液，如鎳離子溶液或者銅離子溶液，化學鍍液中絡合劑一般采用乙二胺溶液。

15、作為本發明所述的一種低燒結溫度的碳化硼基復相陶瓷的制備方法的一種優選方案，其中，所述步驟s2中化學鍍液的溶液溫度為75-85℃，ph為12-14，ph用氫氧化鈉溶液進行調節。

16、作為本發明所述的一種低燒結溫度的碳化硼基復相陶瓷的制備方法的一種優選方案，其中，所述步驟s3中所獲得金屬包裹的碳化硼陶瓷粉體中的金屬層厚度可變，通過調控步驟s2的參數，可獲得不同金屬層厚度的碳化硼陶瓷粉體。

17、作為本發明所述的一種低燒結溫度的碳化硼基復相陶瓷的制備方法的一種優選方案，其中，所述步驟s3中在氬氣/氫氣氣氛中加熱至1600-1700℃按照逐級加熱法加熱，升溫速度為：0-800℃升溫速率為10-15℃/分鐘，800-1500℃升溫速率為7-8℃/分鐘，1500℃以上升溫速率為5℃/分鐘，降溫過程中，在1500℃以上降溫速率為5℃/分鐘。對于cu金屬層為防止氧化一般選擇氫氣氣氛，相同的工藝步驟。

18、作為本發明所述的一種低燒結溫度的碳化硼基復相陶瓷的制備方法的一種優選方案，其中，所述步驟s3中加熱同時加壓工藝按照逐級加壓法加壓，首先進行預壓1mpa壓力，當溫度為0-300℃時保持1mpa壓力不變，隨后當溫度從300℃升高至800℃時，壓力逐步升高至設定壓力，最后壓力一直不變直到保溫階段結束，隨后在降溫到1500℃的過程中壓力逐漸降至1mpa，后續壓力逐漸降低至0mpa。

19、與現有技術相比，本發明具有的有益效果是：

20、1、本發明首先通過在活化刻蝕溶液中碳化硼粉末進行活化處理，去除表面氧化物形成刻蝕缺陷提高表面催化活性；然后將活化后的碳化硼粉末放入含金屬陽離子的溶液中，調整溫度和ph，進行化學鍍處理，形成金屬層包裹的碳化硼陶瓷粉體；隨后將該粉體在冷壓機上冷壓形成生坯，然后放入石墨模具中，在熱壓燒結過程中，利用金屬熔點較低的特點在相對較低的溫度下制備出碳化硼基復相陶瓷。燒結制備得到的碳化硼基復相陶瓷致密度高、組成和結構均勻，成功避免了傳統燒結助劑添加依然無法大幅降低碳化硼燒結溫度，且有可能對密度、硬度等力學性能造成不利影響的問題。因此，本發明提供了一種通過對碳化硼顆粒進行表面修飾處理從而降低碳化硼燒結溫度的工藝方法，實現了碳化硼陶瓷在相對較低溫度下的燒結制備，具有廣闊的應用前景。

21、2、對碳化硼表面處理化學鍍處理，充分利用了化學鍍金屬層厚度可控，熔點低的特點，一方面，可以僅在碳化硼顆粒表面包裹薄薄一層金屬層，而非混粉式的大量添加，對整體密度和力學性能影響較小；另一方面金屬的熔點較低，通過金屬先熔化然后達到促進燒結過程的目的，從而形成致密度高、組成和結構均勻的碳化硼基復相陶瓷。

22、3、本發明制備的碳化硼基復相陶瓷的燒結溫度明顯的降低，在1700℃的燒結溫度下就可獲得致密度為98.9％的碳化硼基陶瓷樣品。