B4C/石墨预制体渗硅反应生成B4C-SiC-Si复合材料及其制备方法

摘要

B4C/石墨预制体渗硅反应生成B4C‑SiC‑Si复合材料，组分包括：碳化硼陶瓷粉末；石墨粉末；酚醛树脂粘结剂；硅粉末；制备步骤为：步骤1，碳化硼陶瓷粉末与石墨粉末混合成混合物料；步骤2，混合物料装入球磨罐中，加入无水乙醇和玛瑙磨球，球磨成浆料，干燥成B4C/石墨复合粉末；步骤3，B4C/石墨复合粉末中加入酚醛树脂粘结剂、无水乙醇和玛瑙磨球，在球磨罐中湿球磨混合制成浆料，干燥制成B4C/石墨混合粉末；步骤4，将步骤3的B4C/石墨混合粉末装入钢制模具中，烘干成条状试样预制坯体；步骤5，将条状试样预制坯体放入石墨坩锅中，条状试样预制坯体表面覆盖粗硅粉，高温渗硅，获得B4C‑SiC‑Si复合材料；具有硬度高、耐磨、抗高温氧化性能，制备工艺简单、成本低的特点。

说明书

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及B

背景技术

碳化硼陶瓷材料具有高强度，高韧性，高熔点，高硬度和良好的耐磨损性能以及具有抗腐蚀性能和抗高温氧化性能而被广泛的应用于工程领域中。碳化硼陶瓷材料由于具有较高的强度和较高的硬度以及具有良好的耐磨损性能和良好的抗高温氧化性能而被广泛的应用在工程领域中。而碳化硅陶瓷具有高强度，高韧性，具有较高的硬度和良好的耐磨损性能和抗高温氧化性能等。所以可以将碳化硼陶瓷材料和碳化硅材料相复合制备碳化硼/碳化硅复合材料。碳化硼/碳化硅复合材料具有较高的强度和韧性，具有较高的硬度和耐磨损性能以及具有良好的抗高温氧化性能等。碳化硼/碳化硅复合材料的性能明显优于碳化硼陶瓷材料和碳化硅材料的性能。所以制备碳化硼/碳化硅复合材料成为研究和发展的主要方向。目前，可以采用热压烧结工艺制备碳化硼/碳化硅复合材料，但是采用热压烧结工艺制备成本较高，制备工艺比较复杂，所制备的产品形状和尺寸都受到限制，因此难以实现工业化生产，难以实现大规模生产。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供B

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

B

碳化硼陶瓷粉末90份～60份；石墨粉末10份～40份；酚醛树脂粘结剂7份～10份；硅粉末110份～150份。

所述的碳化硼陶瓷粉末采用微米级的，粉末粒度为3～5μm。

所述的石墨粉末采用微米级的，粉末粒度为10～15μm。

B

步骤1，将粉末粒度为3～5μm的微米级的碳化硼陶瓷粉末90份～60份与粉末粒度为10～15μm的微米级的石墨粉末10份～40份混合，获得混合物料，其中，石墨粉末占混合物料的质量分数为10wt%～40wt%；

步骤2，将步骤1获得混合物料装入球磨罐中，加入无水乙醇300毫升和玛瑙磨球，机械球磨24h制成浆料，将此浆料干燥得到B

步骤3，在得到B

步骤4，将包含酚醛树脂粘结剂的B

步骤5，将硬化固化的条状试样预制坯体放入石墨坩锅中，在条状试样预制坯体表面用粗硅粉覆盖上，并将石墨坩埚放入高温渗硅炉中进行渗硅工艺。

所述的条状试样预制坯体的尺寸为50mm×5mm×6mm。

所述的渗硅工艺为，渗硅温度为1600℃，保温时间为2h，在真空条件下为进行渗硅反应过程，其中真空度为1×10

本发明的有益效果：

本发明采用高温液态渗硅工艺使得B

本发明采用渗硅反应法制备B

由渗硅反应得到的B

采用渗硅反应法制备的B

采用B

附图说明

图1为按照本发明提供的方法采用高温液态渗硅工艺制备的B

图2为按照本发明提供的方法采用高温液态渗硅工艺制备的B

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步详细说明。

实施例1

B

碳化硼陶瓷粉末90份；石墨粉末10份；酚醛树脂粘结剂7份；硅粉末110份。

所述的碳化硼陶瓷粉末采用微米级的，粉末粒度为3μm；

所述的石墨粉末采用微米级的，粉末粒度为10μm；

实施例2

B

碳化硼陶瓷粉末60份；石墨粉末40份；酚醛树脂粘结剂10份；硅粉末150份。

所述的碳化硼陶瓷粉末采用微米级的，粉末粒度为5μm；

所述的石墨粉末采用微米级的，粉末粒度为15μm。

实施例3

B

碳化硼陶瓷粉末70份；石墨粉末30份；酚醛树脂粘结剂8份；硅粉末130份。

所述的碳化硼陶瓷粉末采用微米级的，粉末粒度为4μm；

所述的石墨粉末采用微米级的，粉末粒度为13μm。

实施例4

B

碳化硼陶瓷粉末80份；石墨粉末20份；酚醛树脂粘结剂9份；硅粉末120份。

所述的碳化硼陶瓷粉末采用微米级的，粉末粒度为5μm；

所述的石墨粉末采用微米级的，粉末粒度为12μm。

实施例5

B

步骤1，将粉末粒度为3μm的微米级的碳化硼陶瓷粉末90份与粉末粒度为10μm的微米级的石墨粉末10份混合，获得混合物料，其中，石墨粉末占混合物料的质量分数为10wt%；

步骤2，将步骤1获得混合物料装入球磨罐中，加入300毫升无水乙醇和玛瑙磨球，机械球磨24h制成浆料，将此浆料干燥得到B

步骤3，在得到B

步骤4，将包含酚醛树脂粘结剂的B

步骤5，将硬化固化的条状试样预制坯体放入石墨坩锅中，在条状试样预制坯体表面用粗硅粉110份覆盖上，并将石墨坩埚放入高温渗硅炉中进行渗硅工艺。

所述的条状试样预制坯体的尺寸为50mm×5mm×6mm。

所述的渗硅工艺为，渗硅温度为1600℃，保温时间为2h，在真空条件下进行渗硅反应过程，其中真空度为1×10

实施例6

B

步骤1，将粉末粒度为5μm的微米级的碳化硼陶瓷粉末60份与粉末粒度为15μm的微米级的石墨粉末40份混合，获得混合物料，其中，石墨粉末占混合物料的质量分数为40wt%；

步骤2，将步骤1获得混合物料装入球磨罐中，加入300毫升无水乙醇和玛瑙磨球，机械球磨24h制成浆料，将此浆料干燥得到B

步骤3，在得到B

步骤4，将包含酚醛树脂粘结剂的B

步骤5，将硬化固化的条状试样预制坯体放入石墨坩锅中，在条状试样预制坯体表面用粗硅粉150份覆盖上，并将石墨坩埚放入高温渗硅炉中进行渗硅工艺。

所述的条状试样预制坯体的尺寸为50mm×5mm×6mm。

所述的渗硅工艺为，渗硅温度为1600℃，保温时间为2h，在真空条件下进行渗硅反应过程，其中真空度为1×10

实施例7

B

步骤1，将粉末粒度为4μm的微米级的碳化硼陶瓷粉末70份与粉末粒度为13μm的微米级的石墨粉末30份混合，获得混合物料，其中，石墨粉末占混合物料的质量分数为30wt%；

步骤2，将步骤1获得混合物料装入球磨罐中，加入300毫升无水乙醇和玛瑙磨球，机械球磨24h制成浆料，将此浆料干燥得到B

步骤3，在得到B

步骤4，将包含酚醛树脂粘结剂的B

步骤5，将硬化固化的条状试样预制坯体放入石墨坩锅中，在条状试样预制坯体表面用粗硅粉130份覆盖上，并将石墨坩埚放入高温渗硅炉中进行渗硅工艺。

所述的条状试样预制坯体的尺寸为50mm×5mm×6mm。

所述的渗硅工艺为，渗硅温度为1600℃，保温时间为2h，在真空条件下进行渗硅反应过程，其中真空度为1×10

实施例8

B

步骤1，将粉末粒度为5μm的微米级的碳化硼陶瓷粉末80份与粉末粒度为12μm的微米级的石墨粉末20份混合，获得混合物料，其中，石墨粉末占混合物料的质量分数为20wt%；

步骤2，将步骤1获得混合物料装入球磨罐中，加入300毫升无水乙醇和玛瑙磨球，机械球磨24h制成浆料，将此浆料干燥得到B

步骤3，在得到B

步骤4，将包含酚醛树脂粘结剂的B

步骤5，将硬化固化的条状试样预制坯体放入石墨坩锅中，在条状试样预制坯体表面用粗硅粉120份覆盖上，并将石墨坩埚放入高温渗硅炉中进行渗硅工艺。

所述的条状试样预制坯体的尺寸为50mm×5mm×6mm。

所述的渗硅工艺为，渗硅温度为1600℃，保温时间为2h，在真空条件下进行渗硅反应过程，其中真空度为1×10

实施例9

步骤1，采用微米级的碳化硼陶瓷粉末90份为原料，粉末粒度约为4-5μm；采用微米级石墨粉末10份为原料，粉末粒度约为14-15μm；将碳化硼陶瓷粉末和石墨粉末按照一定的比例进行混合，其中石墨粉末在所制备的B

步骤2，将步骤1混合后的原料装入球磨罐中，并加入300毫升无水乙醇和玛瑙磨球进行混合并经过机械球磨24h制成浆料，并将此浆料干燥得到B

步骤3，在B

步骤4，将包含酚醛树脂粘结剂的B

步骤5，将条状试样预制坯体放入石墨坩锅中，并在条状试样预制坯体表面用粗硅粉110份覆盖上，并将石墨坩埚放入高温渗硅炉中进行渗硅工艺。

将B

实施例10

步骤1，采用微米级的碳化硼陶瓷粉末80份为原料，粉末粒度约为3-5μm；采用微米级石墨粉末20份为原料，粉末粒度约为10-15μm；将碳化硼陶瓷粉末和石墨粉末按照一定的比例进行混合，其中石墨粉末在所制备的B

步骤2，将步骤1混合的原料装入球磨罐中，并加入300毫升无水乙醇和玛瑙磨球进行混合并经过机械球磨24h制成浆料，并将此浆料干燥得到B

步骤3，在B

步骤4，将包含酚醛树脂粘结剂的B

步骤5，将条状试样预制坯体放入石墨坩锅中，并在条状试样预制坯体表面用粗硅粉120份覆盖上，并将石墨坩埚放入高温渗硅炉中进行渗硅工艺。

将B

实施例11

步骤1，采用微米级的碳化硼陶瓷粉末70份为原料，粉末粒度约为3-4μm；采用微米级石墨粉末30份为原料，粉末粒度约为13-14μm；将碳化硼陶瓷粉末和石墨粉末按照一定的比例进行混合，其中石墨粉末在所制备的B

步骤2，将步骤1混合后的原料装入球磨罐中，并加入300毫升无水乙醇和玛瑙磨球进行混合并经过机械球磨24h制成浆料，并将此浆料干燥得到B

步骤3，在B

步骤4，将包含酚醛树脂粘结剂的B

步骤5，将条状试样预制坯体放入石墨坩锅中，并在试样表面用粗硅粉130份覆盖上，并将石墨坩埚放入高温渗硅炉中进行渗硅工艺。

将B

实施例12

步骤1，采用微米级的碳化硼陶瓷粉末60份为原料，粉末粒度约为3-4μm；采用微米级石墨粉末40份为原料，粉末粒度约为10-12μm，将碳化硼陶瓷粉末和石墨粉末按照比例进行混合，其中石墨粉末在所制备的B

步骤2，将步骤1混合后的原料装入球磨罐中，加入300毫升无水乙醇和玛瑙磨球进行混合并经过机械球磨24h制成浆料，将此浆料干燥得到B

步骤3，在B

步骤4，将包含酚醛树脂粘结剂的B

步骤5，将硬化固化的条状试样预制坯体放入石墨坩锅中，并在条状试样预制坯体表面用粗硅粉150份覆盖上，并将石墨坩埚放入高温渗硅炉中进行渗硅工艺。

将B

从实施例9-12可以看出，实施例9-12中将微米级的碳化硼陶瓷粉末和微米级的石墨粉末相混合，并加入少量的酚醛树脂粘结剂形成包含酚醛树脂粘结剂的B

1）本发明采用渗硅反应法制备B

2）采用渗硅反应法制备的B

由于硅的熔点为1410℃，所以在此1600℃温度下，固态硅粉末能够完全熔化形成液态硅，液态硅能够渗入到B

所述的酚醛树脂粘结剂对条状试样预制坯体起到固化和硬化的作用。

图1为按照本发明提供的方法采用高温液态渗硅工艺制备的B

图2为按照本发明提供的方法采用高温液态渗硅工艺制备的B