本發(fā)明屬于陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種sicw-zrb2-zrc陶瓷復(fù)合粉體及其制備方法。

背景技術(shù)：

zrb2-zrc等超高溫陶瓷具有耐高溫、抗腐蝕以及在高溫環(huán)境下具有較高的保持率等優(yōu)異特性，在航空航天和國(guó)防事業(yè)上發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。為改善陶瓷材料固有的脆性問(wèn)題，設(shè)計(jì)和制備顆粒、晶須、纖維等第二相增強(qiáng)的陶瓷復(fù)合材料是超高溫陶瓷發(fā)展的必然趨勢(shì)。其中，sic晶須(sicw)作為有效的增強(qiáng)、增韌材料在近年來(lái)得到了廣泛的應(yīng)用。目前，晶須增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料基本上都限于利用外加晶須混合原料粉體通過(guò)高溫?zé)Y(jié)的方法來(lái)制備，該方法仍存在以下難以克服的問(wèn)題：(1)晶須及陶瓷原料粉體難以混合均勻，導(dǎo)致材料性能表現(xiàn)出不均勻性；(2)原料粉體的處理過(guò)程會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生危害，比如，晶須的吸入會(huì)引發(fā)癌癥等健康問(wèn)題；(3)工藝過(guò)程復(fù)雜，生產(chǎn)成本居高不下。因此，實(shí)現(xiàn)晶須的原位生長(zhǎng)，解決其引入及分散均勻性問(wèn)題，開發(fā)出高品質(zhì)原料粉體的低成本、快速制備工藝是陶瓷領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種sicw-zrb2-zrc陶瓷復(fù)合粉體及其制備方法，利用前驅(qū)體轉(zhuǎn)化技術(shù)同步原位生長(zhǎng)sic晶須及zrb2-zrc陶瓷，解決了晶須增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的制備過(guò)程中sic晶須的引入及分散均勻性問(wèn)題，將晶須的合成、引入以及原料粉體的制備合二為一，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝、提高了制備速度、降低了制備成本。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種sicw-zrb2-zrc陶瓷復(fù)合粉體，由sic晶須和zrb2-zrc陶瓷基體組成，sic晶須均勻分散在zrb2-zrc陶瓷基體周圍或均勻生長(zhǎng)在zrb2-zrc陶瓷基體表面。

所述sic晶須與zrb2-zrc陶瓷基體的體積百分比在1:15到1:5之間。

本發(fā)明還提供了制備所述sicw-zrb2-zrc陶瓷復(fù)合粉體的方法，包括如下步驟：

步驟1，合成含硼、硅、鋯的陶瓷前驅(qū)體聚合物；

步驟2，將所述前驅(qū)體聚合物干燥、球磨，得到前驅(qū)體粉體；

步驟3，將所述前驅(qū)體粉體裝入石墨坩堝中，在氬氣保護(hù)下進(jìn)行高溫裂解。

所述步驟1合成的前驅(qū)體聚合物中：硼的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于10％，硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于15％，鋯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于10％。

所述步驟1陶瓷前驅(qū)體聚合物的合成方法可參考專利201310388263.x，基本步驟如下：

1)在裝有攪拌器、冷凝回流裝置的三口燒瓶中加入計(jì)量比的苯酚、甲醛和氫氧化鈉溶液，邊攪拌邊升溫至60-75℃，反應(yīng)0.5-1.5h；

2)按質(zhì)量份數(shù)為:乙醇5-30份、乙酰丙酮5-15份、氧氯化鋯1-15份、雙氧水1-10份配制氧氯化鋯溶液；

3)將1-15份的正硅酸乙酯滴加到步驟2配置好的氧氯化鋯溶液中，攪拌均勻，配制氧氯化鋯正硅酸乙酯溶液；

4)調(diào)節(jié)油浴的溫度至80-95℃，邊升溫邊攪拌，同時(shí)滴加配制好的氧氯化鋯正硅酸乙酯溶液，控制溶液的ph值為7-9，待溫度達(dá)到80-95℃時(shí)，恒溫反應(yīng)0.5-1.5h；

5)將1-10份硼酸溶解于6-60ml沸乙醇中，配制硼酸溶液；

6)調(diào)節(jié)油浴的溫度至100-110℃，邊升溫邊攪拌，同時(shí)滴加配制好的硼酸溶液，控制溶液的ph值為7-9；

7)待溫度達(dá)到100-110℃時(shí)，保溫0.5-2h后，出料；

8)將上步得到的產(chǎn)品放入真空干燥箱中40-80℃保溫3-5h，即得到硼鋯硅陶瓷前驅(qū)體聚合物。

所述步驟2干燥、球磨的參數(shù)要求：在60-90℃的溫度下，干燥5-8小時(shí)；氧化鋯為球磨介質(zhì)，球磨轉(zhuǎn)速為150-250r/min，干法球磨4-8h。

所述步驟3高溫裂解方式如下：氬氣氣氛保護(hù)，將復(fù)合粉體用石墨紙包裹起來(lái)，放置于石墨坩堝中，裂解溫度為1600-1900℃，保溫時(shí)間為60-120min，然后隨爐冷卻。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提出的一種sicw-zrb2-zrc陶瓷復(fù)合粉體的制備方法的主要優(yōu)勢(shì)在于：sic晶須zrb2-zrc陶瓷基體在前驅(qū)體裂解過(guò)程中同步原位生長(zhǎng)得到，省去了晶須的預(yù)合成與混合過(guò)程，將晶須的合成、引入以及原料粉體的制備合二為一，制備工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低，而且所得到的復(fù)合粉體形貌均一、晶須均勻分散、尺寸均勻、界面相容性良好。

附圖說(shuō)明

圖1是具體實(shí)施例1中制備的sicw-zrb2-zrc陶瓷復(fù)合粉體的微觀形貌圖；其中，(a)復(fù)合粉體的sem圖；(b)zrb2-zrc陶瓷的sem圖；(c)sic晶須的sem圖；(d)sic晶須的eds圖。

圖2是具體實(shí)施例2中制備的sicw-zrb2-zrc陶瓷復(fù)合粉體的微觀形貌圖；其中，(a)復(fù)合粉體的sem圖；(b)zrb2-zrc陶瓷的sem圖；(c)sic晶須的sem圖；(d)sic晶須的eds圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列的具體實(shí)施方式，還包括各具體實(shí)施方式間的任意組合。

實(shí)施例1

一種sicw-zrb2-zrc陶瓷復(fù)合粉體的制備方法，按以下步驟實(shí)現(xiàn)：

一、合成含硼、硅、鋯的陶瓷前驅(qū)體聚合物，硼源質(zhì)量分?jǐn)?shù)約15％，硅源質(zhì)量分?jǐn)?shù)約20％，鋯源質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于20％。具體方法如下：

(1)在裝有攪拌器、冷凝回流裝置的三口燒瓶中加入計(jì)量比的苯酚、甲醛和氫氧化鈉溶液，邊攪拌邊升溫至70℃，反應(yīng)1h；

(2)按質(zhì)量份數(shù)為：乙醇20份、乙酰丙酮5份、氧氯化鋯8份、雙氧水5份配制氧氯化鋯溶液；

(3)將8份正硅酸乙酯滴加到步驟2配置好的氧氯化鋯溶液中，攪拌均勻，配制氧氯化鋯正硅酸乙酯溶液；

(4)調(diào)節(jié)油浴的溫度至90℃，邊升溫邊攪拌，同時(shí)滴加配制好的氧氯化鋯正硅酸乙酯溶液，控制溶液的ph值為8，待溫度達(dá)到90℃時(shí)，恒溫反應(yīng)1.5h；

(5)將5份硼酸溶解于30ml沸乙醇中，配制硼酸溶液；

(6)調(diào)節(jié)油浴的溫度至107℃，邊升溫邊攪拌，同時(shí)滴加配制好的硼酸溶液，控制溶液的ph值為8；

(7)待溫度達(dá)到107℃時(shí)，保溫1h后，出料；

(8)將上步得到的產(chǎn)品放入真空干燥箱中60℃保溫4，即得到硼鋯硅陶瓷前驅(qū)體聚合物。

二、將前驅(qū)體聚合物在80℃下干燥6個(gè)小時(shí)，球磨，得到前驅(qū)體粉體；

三、將前驅(qū)體粉體裝入石墨坩堝中，在氬氣保護(hù)下進(jìn)行1800℃高溫裂解，升溫速率為10℃/min，保溫2小時(shí)。

本實(shí)施例所制備出來(lái)的復(fù)合粉體的微觀形貌如圖1所示。圖1(a)為所制備出來(lái)的sicw-zrb2-zrc陶瓷復(fù)合粉體的形貌圖；圖1(b)為zrb2-zrc陶瓷基體的微觀形貌圖；圖1(c)為sic晶須的微觀形貌圖；圖1(d)為sic晶須的能譜圖。由圖可見，zrb2和zrc陶瓷相均勻分部，所制備的sic晶須純度較高，尺寸均一，同時(shí)sic晶須均勻地分散在zrb2-zrc陶瓷基體周圍。因而，采用該工藝能夠原位生長(zhǎng)出sic晶須，且均勻地分散在基體中，從而解決了sic晶須的合成與引入，以及晶須分散均勻性難以控制的問(wèn)題。

實(shí)施例2

一種sicw-zrb2-zrc陶瓷復(fù)合粉體的制備方法，按以下步驟實(shí)現(xiàn)：

一、合成含硼、硅、鋯的陶瓷前驅(qū)體聚合物，硼源質(zhì)量分?jǐn)?shù)約25％，硅源質(zhì)量分?jǐn)?shù)約30％，鋯源質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于20％。具體方法如下：

(1)在裝有攪拌器、冷凝回流裝置的三口燒瓶中加入計(jì)量比的苯酚、甲醛和氫氧化鈉溶液，邊攪拌邊升溫至70℃，反應(yīng)1h；

(2)按質(zhì)量份數(shù)為：乙醇18份、乙酰丙酮5份、氧氯化鋯6份、雙氧水5份配制氧氯化鋯溶液；

(3)將10份正硅酸乙酯滴加到步驟2配置好的氧氯化鋯溶液中，攪拌均勻，配制氧氯化鋯正硅酸乙酯溶液；

(4)調(diào)節(jié)油浴的溫度至90℃，邊升溫邊攪拌，同時(shí)滴加配制好的氧氯化鋯正硅酸乙酯溶液，控制溶液的ph值為8，待溫度達(dá)到90℃時(shí)，恒溫反應(yīng)1.5h；

(5)將8份硼酸溶解于40ml沸乙醇中，配制硼酸溶液；

(6)調(diào)節(jié)油浴的溫度至107℃，邊升溫邊攪拌，同時(shí)滴加配制好的硼酸溶液，控制溶液的ph值為8；

(7)待溫度達(dá)到107℃時(shí)，保溫1h后，出料；

(8)將上步得到的產(chǎn)品放入真空干燥箱中60℃保溫4，即得到硼鋯硅陶瓷前驅(qū)體聚合物。

二、將前驅(qū)體聚合物在70℃下干燥8個(gè)小時(shí)，球磨，得到前驅(qū)體粉體；

三、將前驅(qū)體粉體裝入石墨坩堝中，在氬氣保護(hù)下進(jìn)行1900℃高溫裂解，升溫速率為10℃/min，保溫2小時(shí)。

本實(shí)施例所制備出來(lái)的復(fù)合粉體的微觀形貌如圖2所示。圖2(a)為所制備出來(lái)的sicw-zrb2-zrc陶瓷復(fù)合粉體的形貌圖；圖2(b)為zrb2-zrc陶瓷基體的微觀形貌圖；圖2(c)為sic晶須的微觀形貌圖；圖2(d)為sic晶須的能譜圖。由圖可見，zrb2和zrc陶瓷相均勻分布，所制備的sic晶須純度較高，尺寸均一，同時(shí)sic晶須均勻致密地生長(zhǎng)在塊狀基體表面，形成一種薄而連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)狀形貌。當(dāng)處理溫度為1900℃時(shí)，sio2與塊狀基體碳發(fā)生反應(yīng)，大量的氣態(tài)sio和co迅速生成，在充分?jǐn)U散前便在碳基體周圍生成了大量的sic晶須成核點(diǎn)。同時(shí)較高的溫度下，陶瓷相的生長(zhǎng)速率加快，因而晶須的直徑變小且均勻生長(zhǎng)在塊狀基體表面。

由此可見，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)不同形貌的sic晶須及zrb2-zrc陶瓷的原位生長(zhǎng)，從而解決晶須增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的制備過(guò)程中sic晶須的引入及分散均勻性問(wèn)題，將晶須的合成、引入以及原料粉體的制備合二為一，實(shí)現(xiàn)sicw-zrb2-zrc陶瓷復(fù)合粉體的簡(jiǎn)單、低成本制備。