制備碳化硼和碳化硼元件的新工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及碳化硼元件制備，具體涉及制備碳化硼和碳化硼元件的新工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]碳化硼是自然界中硬度僅次于金剛石和立方氮化硼的重要超硬材料。它具有高熔點(diǎn)、高模量、比重小、自潤滑性好、耐磨、耐酸堿腐蝕、耐輻射、吸收中子等特點(diǎn)，是一種綜合性能十分突出的新型高性能工程陶瓷材料，在高端液氣密封材料、航天航空發(fā)動機(jī)噴頭、高端陶瓷軸承、高端防彈裝甲材料、硬質(zhì)材料的拋光和精研磨料等方面具有重要應(yīng)用。另外，碳化硼陶瓷在核電反應(yīng)堆中子吸收及屏蔽部件等方面具有不可替代的作用。
[0003]碳化硼結(jié)構(gòu)中的共價鍵極強(qiáng)，晶界阻力大，是一種極難燒結(jié)陶瓷材料，常規(guī)的常壓燒結(jié)法只能達(dá)到80%左右的致密度，所得碳化硼陶瓷性能較差。為了提高碳化硼陶瓷的燒結(jié)致密度和性能，通常采用熱壓燒結(jié)法(專利:CN 1803714A、CN1541981A等)和液相燒結(jié)法(專利:CN1552667A、CN1438201A等)。熱壓燒結(jié)法是指在燒結(jié)過程中加載幾十兆帕的壓力，促進(jìn)碳化硼燒結(jié)致密化。熱壓燒結(jié)法產(chǎn)量低，成本高，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單，難以規(guī)?；a(chǎn)。
[0004]液相燒結(jié)法是指在碳化硼中添加適量Y203、A1203、La2O3等低熔點(diǎn)物質(zhì)，在燒結(jié)過程中，利用低熔點(diǎn)物質(zhì)產(chǎn)生部分液相來促進(jìn)燒結(jié)。液相燒結(jié)法所制碳化硼陶瓷的性能相對較差，且在高溫下使用時會因出現(xiàn)液相析出而導(dǎo)致材料的性能急劇惡化。
[0005]常壓燒結(jié)碳化硼陶瓷具有工藝成本低，能制備結(jié)構(gòu)較復(fù)雜產(chǎn)品，適合規(guī)模化生產(chǎn)的突出優(yōu)勢，但傳統(tǒng)常壓燒結(jié)碳化硼密度一般為2.0-2.lg/cm3，致密度約80%左右，如何提高常壓燒結(jié)碳化硼陶瓷的致密度成為亟待突破的關(guān)鍵難題，也是限制碳化硼陶瓷這一新型高性能工程陶瓷材料大規(guī)模應(yīng)用的最大障礙。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種制備碳化硼和碳化硼元件的新工藝。
[0007]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0008]制備碳化硼和碳化硼元件的新工藝，包括如下制作步驟:
[0009]①、原材料混合:取100克丁鈉乳膠，切成小顆粒狀，放入I升120號汽油中，密封浸泡一周，待丁鈉乳膠全部溶化，將碳化硼粉末與麥芽糖漿以重量比5:1的比例混合，攪拌均勻，攪拌過程中逐次加入上述溶解有丁鈉乳膠的120號汽油，攪拌兩個小時，最終的效果是手指輕捏能成小團(tuán)；
[0010]②、材料的壓制預(yù)處理、造粒:將攪拌均勻的碳化硼粉末裝入合金模具，用冷壓機(jī)壓制成餅狀即可，每次壓制裝入與模具孔等體積的碳化硼粉末，將餅狀碳化硼通過80目的不銹鋼篩篩成顆粒狀；
[0011]③、熱處理:使用中頻燒結(jié)爐加熱，開機(jī)，將功率調(diào)至120kw/h加熱，加熱時間為I小時35分鐘，溫度達(dá)到2200°C，中間過程中電壓不穩(wěn)，要隨時調(diào)節(jié)，保證120kw/h的功率，爐內(nèi)溫度達(dá)到2200°C時開始保溫，每5分鐘將功率下調(diào)lOkw/h，保溫時間為20分鐘；
[0012]④、壓制冷切成型:保溫結(jié)束后開始加壓，通過遠(yuǎn)程控制閥給中頻燒結(jié)爐加壓，加壓前10分鐘勻速加壓到lOMPa，然后5分鐘保持勻速加壓到15MPa，整個加壓過程約15分鐘，開始保壓5分鐘，最后關(guān)機(jī)，整個壓制時間約20分鐘，最后通過循環(huán)水給爐體冷卻成型。
[0013]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明的新工藝制備的碳化硼元件硬度和致密度較高，適應(yīng)海洋設(shè)備、高精度設(shè)備的需求，至少能達(dá)到94%的相對密度(RD)和至少2200 kg / mm 2的維氏硬度。
【具體實(shí)施方式】
[0014]為了便于本
【發(fā)明內(nèi)容】
的理解，下面將結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，以下實(shí)施例僅為本發(fā)明的一部分實(shí)施例。
[0015]實(shí)施例1:
[0016]制備碳化硼和碳化硼元件的新工藝，包括如下制作步驟:
[0017]①、原材料混合:取100克丁鈉乳膠，切成小顆粒狀，放入I升120號汽油中，密封浸泡一周，待丁鈉乳膠全部溶化，將碳化硼粉末與麥芽糖漿以重量比5:1的比例混合，攪拌均勻，攪拌過程中逐次加入上述溶解有丁鈉乳膠的120號汽油，攪拌兩個小時，最終的效果是手指輕捏能成小團(tuán)；
[0018]②、材料的壓制預(yù)處理、造粒:將攪拌均勻的碳化硼粉末裝入合金模具，用冷壓機(jī)壓制成餅狀即可，每次壓制裝入與模具孔等體積的碳化硼粉末，將餅狀碳化硼通過80目的不銹鋼篩篩成顆粒狀；
[0019]③、熱處理:使用中頻燒結(jié)爐加熱，開機(jī)，將功率調(diào)至120kw/h加熱，加熱時間為I小時35分鐘，溫度達(dá)到2200°C，中間過程中電壓不穩(wěn)，要隨時調(diào)節(jié)，保證120kw/h的功率，爐內(nèi)溫度達(dá)到2200°C時開始保溫，每5分鐘將功率下調(diào)lOkw/h，保溫時間為20分鐘；
[0020]④、壓制冷切成型:保溫結(jié)束后開始加壓，通過遠(yuǎn)程控制閥給中頻燒結(jié)爐加壓，加壓前10分鐘勻速加壓到lOMPa，然后5分鐘保持勻速加壓到15MPa，整個加壓過程約15分鐘，開始保壓5分鐘，最后關(guān)機(jī)，整個壓制時間約20分鐘，最后通過循環(huán)水給爐體冷卻成型。
[0021]以上內(nèi)容僅僅是對本發(fā)明所作的舉例和說明，所屬本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員對所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，只要不偏離發(fā)明的構(gòu)思或者超越本權(quán)利要求書所定義的范圍，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.制備碳化硼和碳化硼元件的新工藝，其特征在于，包括如下制作步驟: ①、原材料混合:取100克丁鈉乳膠，切成小顆粒狀，放入1升120號汽油中，密封浸泡一周，待丁鈉乳膠全部溶化，將碳化硼粉末與麥芽糖漿以重量比5:1的比例混合，攪拌均勻，攪拌過程中逐次加入上述溶解有丁鈉乳膠的120號汽油，攪拌兩個小時，最終的效果是手指輕捏能成小團(tuán)； ②、材料的壓制預(yù)處理、造粒:將攪拌均勻的碳化硼粉末裝入合金模具，用冷壓機(jī)壓制成餅狀即可，每次壓制裝入與模具孔等體積的碳化硼粉末，將餅狀碳化硼通過80目的不銹鋼篩篩成顆粒狀； ③、熱處理:使用中頻燒結(jié)爐加熱，開機(jī)，將功率調(diào)至120kw/h加熱，加熱時間為1小時35分鐘，溫度達(dá)到2200°C，中間過程中電壓不穩(wěn)，要隨時調(diào)節(jié)，保證120kw/h的功率，爐內(nèi)溫度達(dá)到2200°C時開始保溫，每5分鐘將功率下調(diào)lOkw/h，保溫時間為20分鐘； ④、壓制冷切成型:保溫結(jié)束后開始加壓，通過遠(yuǎn)程控制閥給中頻燒結(jié)爐加壓，加壓前10分鐘勻速加壓到lOMPa，然后5分鐘保持勻速加壓到15MPa，整個加壓過程約15分鐘，開始保壓5分鐘，最后關(guān)機(jī)，整個壓制時間約20分鐘，最后通過循環(huán)水給爐體冷卻成型。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種制備碳化硼和碳化硼元件的新工藝，包括如下制作步驟：原材料混合；材料的壓制預(yù)處理、造粒；熱處理；壓制冷切成型等步驟，其中熱處理使用中頻燒結(jié)爐加熱，將功率調(diào)至120kw/h加熱，加熱時間為1小時35分鐘，保證120kw/h的功率，達(dá)到2200℃時開始保溫，每5分鐘將功率下調(diào)10kw/h,保溫時間為20分鐘；壓制冷切成型：保溫結(jié)束后開始加壓，通過遠(yuǎn)程控制閥給中頻燒結(jié)爐加壓，加壓前10分鐘勻速加壓到10MPa，然后5分鐘保持勻速加壓到15MPa，開始保壓5分鐘，最后通過循環(huán)水給爐體冷卻成型。本發(fā)明的新工藝制備的碳化硼元件硬度和致密度較高，適應(yīng)海洋設(shè)備、高精度設(shè)備的需求。
【IPC分類】C04B35/622, C04B35/563, C01B31/36
【公開號】CN105329896
【申請?zhí)枴緾N201510801976
【發(fā)明人】徐 明, 何天賜
【申請人】桐城市明麗碳化硼制品有限公司
【公開日】2016年2月17日
【申請日】2015年11月19日