氮化物陶瓷-微晶玻璃復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無機(jī)復(fù)合材料領(lǐng)域，特別是涉及一種氮化物陶瓷-微晶玻璃復(fù)合材料 及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 氮化物陶瓷-微晶玻璃復(fù)合材料是在石英玻璃材料和氮化硼陶瓷材料的基礎(chǔ)上發(fā) 展起來的新型材料。這種材料綜合了石英玻璃和氮化硼的優(yōu)點(diǎn)，在微觀結(jié)構(gòu)上具有二者復(fù) 合結(jié)構(gòu)，在保持二者介電性能的同時，還具有優(yōu)異的防熱性能、透波性能、耐燒蝕性能和力 學(xué)性能，可用于制造超高音速飛行器的防熱件及通訊窗口。然而，現(xiàn)有的一些工藝雖然能夠 合成出性能優(yōu)異的此類復(fù)合材料，但工藝繁瑣，成本較高。哈爾濱工業(yè)大學(xué)張俊寶2001年博 士畢業(yè)論文《Si-B-0-Ν粉末的溶膠-凝膠制備及其陶瓷的組織性能》中選用三氯硼吖嗪和聚 氯氧硅烷為氮化硼和氮氧化硅的先驅(qū)體，并將兩者按分子設(shè)計(jì)比混合再以氨為交聯(lián)劑制備 了穩(wěn)定的凝膠，然后將凝膠裂解得到氮化物陶瓷非晶粉，最后在不同溫度下進(jìn)行熱壓，制備 了硬度、抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性分別為26.7GPa、202MPa和3.43MPae:m 1/2高性能氮化硼/微 晶玻璃復(fù)合陶瓷材料?！逗辖鹋c化合物期刊》1996年第232卷第244-253頁刊登的論文《通過 熱氮化聚硼硅氧烷制備硼氮氧化娃的表征》，即L . B 〇 i s，P . L ' H a r i d ο η， Y.Laurent.Characterization of a boro-silicon oxynitride prepared by thermal nitridation of a polyborosiloxane.Journal of Alloys and Compounds，1996，232: 244-253;中采用硼酸與四氯化硅反應(yīng)生成硼硅氧聚合物，在氨氣氣流中氮化得到此類材 料。這些工藝都存在制備所用周期較長，重復(fù)性差，產(chǎn)量較低，質(zhì)量不容易控制的等工藝性 問題，從而限制了該材料的實(shí)際應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種氮化物陶瓷-微晶玻璃復(fù)合材料及其制 備方法，該方法制備周期短，產(chǎn)量高，制得產(chǎn)品性能均一。
[0004] 為此，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0005] -種氮化物陶瓷-微晶玻璃復(fù)合材料，由以下原料按照質(zhì)量百分比混合后燒制而 成：
[0006] 氮化硅 20 % ~90 %;
[0007] 氧化硼 10 % ~70 %;
[0008] 二氧化硅 0% ~70%;
[0009]其中氧化硼由硼酸脫水轉(zhuǎn)化得到，氧化硼的質(zhì)量按照硼酸質(zhì)量的56.3%換算得 到。
[0010] 所述氮化物陶瓷-微晶玻璃復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：
[0011] 1)按照配比稱取原料，采用濕法混磨，以正己烷或丙酮為介質(zhì)，將原料混勻，得到 漿料；
[0012 ] 2)將所述漿料干燥，得到固體粉末；
[0013] 3)將步驟2)得到的固體粉末裝入模具，在真空或惰性氣體保護(hù)條件下于200~700 °C保溫1~3h，然后以5~20°C/min的速率升溫；
[0014] 4)當(dāng)溫度升至1550~1850°C時，加壓，維持壓力在5~20MPa熱壓1~3h;冷卻、脫 模，得到所述氮化物陶瓷-微晶玻璃復(fù)合材料。
[0015] 優(yōu)選，原料由65~70wt. %的氮化娃和30~35wt. %的氧化硼粉末組成；步驟4)中 熱壓條件為1600°C、或1700°C、或1800°C。
[0016] 優(yōu)選，原料由55~60wt. %的氮化娃和40~45wt. %的氧化硼粉末組成；步驟4)中 熱壓條件為1600°C、或1700°C、或1800°C。
[0017] 優(yōu)選，原料由49~51wt. %的氮化娃和49~51wt. %的氧化硼粉末組成；步驟4)中 熱壓條件為1600°C、或1700°C、或1800°C。
[0018] 優(yōu)選，原料由34~36wt. %的氮化娃、33~36wt. %的氧化硼粉末和27~31wt. %的 二氧化硅粉末組成;步驟4)中熱壓條件為1700°C。
[0019] 優(yōu)選，原料由42~45wt. %的氮化娃、28~32wt. %的氧化硼粉末和24~29wt. %的 二氧化硅粉末組成;步驟4)中熱壓條件為1700°C。
[0020]本發(fā)明利用氧化硼和氮化硅在高溫下的固相反應(yīng)形成含有六方氮化硼，二氧化 硅，氮氧化硅和氮氧化硼等物相形成的氮化物陶瓷-微晶玻璃復(fù)合材料，再通過添加二氧化 硅調(diào)節(jié)其中的非晶相含量及微觀結(jié)構(gòu)從而改善抗熱震和耐燒蝕等性能。采用這種方法制備 氮化物陶瓷-微晶玻璃復(fù)合材料具有工藝簡單高效，組分易于調(diào)整控制，材料容易燒成且成 分分布均勻等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0021 ]圖1是實(shí)施例2、10、14所制得產(chǎn)品的物相分析結(jié)果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0023] 實(shí)施例1
[0024] -種氮化物陶瓷-微晶玻璃復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：
[0025] 1)按照質(zhì)量百分比稱取原料氮化硅68%和氧化硼粉末32%，其中氧化硼由硼酸脫 水轉(zhuǎn)化得到，氧化硼的質(zhì)量按照硼酸質(zhì)量的56.3%換算得到;將稱量好的氮化硅和硼酸放 入瑪瑙罐，按照球料比2:1加入瑪瑙球;再加入助磨劑丙酮或正己烷;在行星式球磨機(jī)上混 合4小時后得到漿料；
[0026] 2)將所述漿料在80~90°C條件下烘干2~4h，除去球磨助劑，研磨、過100目標(biāo)準(zhǔn) 篩，得到固體粉末；
[0027] 3)將步驟2)得到的固體粉末裝入內(nèi)壁涂有氮化硼的石墨模具中，裝模完成后將其 放入熱壓爐中，在真空環(huán)境下于450°C保溫1~3h，然后在惰性氣體例如氬氣或氮?dú)獗Ｗo(hù)下， 以10°C/min的速率升溫；
[0028] 4)當(dāng)溫度升至1600°C時，加壓，維持壓力在IOMPa熱壓2h;冷卻、脫模，取出燒結(jié)塊 體，得到所述氮化物陶瓷-微晶玻璃復(fù)合材料。
[0029] 實(shí)施例2
[0030]與實(shí)施例1中氮化物陶瓷_微晶玻璃復(fù)合材料的制備方法的區(qū)別在于：
[0031]所述原料由57wt. %的氮化硅和43wt. %的氧化硼粉末組成;氧化硼由硼酸脫水轉(zhuǎn) 化得到，氧化硼的質(zhì)量按照硼酸質(zhì)量的56.3%換算得到。
[0032] 其它工藝同實(shí)施例1。
[0033]圖Ia為本實(shí)施例得到產(chǎn)品的其物相圖；可見其結(jié)構(gòu)由細(xì)晶氮化硼，微晶玻璃組成。 [0034] 實(shí)施例3
[0035]與實(shí)施例1中氮化物陶瓷_微晶玻璃復(fù)合材料的制備方法的區(qū)別在于：
[0036]所述原料由50wt. %的氮化硅和50wt. %的氧化硼粉末組成;氧化硼由硼酸脫水轉(zhuǎn) 化得到，氧化硼的質(zhì)量按照硼酸質(zhì)量的56.3%換算得到。
[0037] 其它工藝同實(shí)施例1。
[0038] 實(shí)施例4
[0039]與實(shí)施例1中氮化物陶瓷_微晶玻璃復(fù)合材料的制備方法的區(qū)別在于:步驟4)熱壓 的溫度為1700°C，其它工藝同實(shí)施例1。
[0040] 實(shí)施例5
[00411與實(shí)施例2中氮化物陶瓷-微晶玻璃復(fù)合材料的制備方法的區(qū)別在于:步驟4)熱壓 的溫度為1700°C，其它工藝同實(shí)施例2。
[0042] 實(shí)施例6
[0043]與實(shí)施例3中氮化物陶瓷-微晶玻璃復(fù)合材料的制備方法的區(qū)別在于:步驟4)熱壓 的溫度為1700°C，其它工藝同實(shí)施例3。
[0044] 實(shí)施