本發(fā)明專利技術(shù)公開一種碳化硼/碳纖維復(fù)合陶瓷,其特征在于其具備層狀結(jié)構(gòu)，碳化硼層和碳纖維層交替分布，通過碳化硼陶瓷與碳纖維增強復(fù)合材料的結(jié)合，可利用碳化硼的高硬度等優(yōu)異性能，同時通過碳纖維增強材料的非脆性斷裂特點改善碳化硼陶瓷的脆性失效的缺點。通過瀝青等有機碳源物質(zhì)的預(yù)先浸漬成型，獲得碳纖維增強體。然后將預(yù)先成型的碳化硼成型體或直接與碳化硼微粉共燒結(jié)，獲得具有層狀分布碳化硼復(fù)合材料。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于碳化硼復(fù)合陶瓷的領(lǐng)域，尤其涉及。
技術(shù)介紹
碳化硼具有一系列優(yōu)良的性能，如密度低，理論密度僅為2.52g/cm3,硬度高，莫氏硬度為9.3，顯微硬度為55飛7 GPa,是僅次于金剛石和立方BN的最硬材料，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，碳化硼在常溫下不與酸、堿和大多數(shù)無機化合物反應(yīng)，僅在氫氟酸-硫酸、氫氟酸-硝酸混合物中有緩慢的腐蝕，是化學(xué)性質(zhì)最穩(wěn)定的化合物之一。同時碳化硼還有很強的吸收中子的能力。基于這些優(yōu)良的特性，碳化硼在耐磨、耐腐蝕器件、防彈裝甲、核能等許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但碳化硼脆性大，常常以脆性斷裂為主，這大大限制了碳化硼陶瓷的應(yīng)用。目前提高陶瓷韌性的辦法有多種，可以采用顆粒增強、或具有特定晶粒取向結(jié)構(gòu)的排布、或采用晶須、納米管以及纖維增韌的方式。專利申請?zhí)枮?00910180582.5的中國專利報道了一種碳纖維/碳化硼復(fù)合陶瓷及其制備方法，其中碳化硼的質(zhì)量占45-60%，碳纖維占40-55%，該專利技術(shù)利用碳纖維的增韌性能，在單一碳化硼材料的基礎(chǔ)上提高了硬度和斷裂韌性10-50%。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)提供了一種新型碳化硼/碳纖維復(fù)合陶瓷，本專利技術(shù)所采用的技術(shù)方案是:一種碳化硼/碳纖維復(fù)合陶瓷，其特征在于其具備層狀結(jié)構(gòu)，碳化硼和碳纖維交替分布，每層碳化硼的厚度在l -300mm,且厚度可調(diào)；所述碳纖維是經(jīng)浸潰處理的短切碳纖維、連續(xù)纖維編織體或者由短切碳纖維組成的石墨租； 所述碳纖維浸潰處理所用的試劑為有機碳前驅(qū)體； 所述有機碳前驅(qū)體為浙青、煤焦油、酚醛樹脂、糠醛樹脂。本專利技術(shù)還提供了一種碳化硼/碳纖維復(fù)合陶瓷的制備方法，所采用的技術(shù)方案是: 步驟一:制備碳化硼粉末或?qū)⑻蓟鸱勰╊A(yù)先成型； 步驟二:碳纖維預(yù)先浸潰成型； 步驟三:將碳化硼粉末或碳化硼預(yù)成型體與浸潰過后的碳纖維疊層組合，碳化硼粉末與浸潰過后的碳纖維在常壓或熱壓下成型，碳化硼預(yù)成型體與浸潰過后的碳纖維燒結(jié)或熱壓成型；所述步驟二中碳纖維包括短切碳纖維、連續(xù)纖維編織體或由短切碳纖維組成的石墨租; 所述有機碳前驅(qū)體為浙青、煤焦油、酚醛樹脂、糠醛樹脂；所述有機前驅(qū)體中加入碳化硼微粉或硼粉。本專利技術(shù)所解決的基礎(chǔ)技術(shù)問題的能夠克服單一碳化硼材料的韌性不好的缺點，更進一步地提出了一種新結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料，本專利技術(shù)取得的有益效果是:具備層狀結(jié)構(gòu)的碳化硼/碳纖維復(fù)合材料，碳化硼和碳纖維交替分布，這一結(jié)構(gòu)提高了碳化硼復(fù)合材料的密度，同時也提高了碳化硼材料的面硬度，相比于現(xiàn)有技術(shù)中的復(fù)合材料具有更好的材料硬度和韌性性能。附圖說明圖1碳化硼復(fù)合材料的示意圖。其中1:碳纖維增強碳材料；2:碳化硼。具體實施例方式下面將通過實施例進一步描述本專利技術(shù)，但不僅僅局限于以下實施例。 實施例1: 先稱取主料，碳化硼粉97wt% (D50=l.9 μ m)和碳粉3wt%,再稱取并加入異丁烯類聚合物2.5wt% (以主料計)，四甲基氫氧化銨1.0wt% (以主料計)，與去離子水一起放入球磨罐內(nèi)，加入B4C介質(zhì)球，介質(zhì)球與物料重量比為2:1，球磨36小時，后經(jīng)蠕動泵送入到噴霧干燥造粒機內(nèi)造粒，采用80目過篩后使用。將造粒料充入金屬模具中，經(jīng)30MPa壓力成型，得到60mm X 60mm X 6mm 試樣。將購買的高模量 短切碳纖維(25vol%)，在通風(fēng)櫥中逐漸加入到苯溶劑中，并采用超聲分散，再逐漸將浙青加入，并分散。將分散均勻的短切碳纖維-浙青體系混合物,真空干燥箱中120°C，3小時烘干。取出烘干后的短切碳纖維-浙青混合物，手工加工出面積為60mm X 60mm 的樣塊。將碳化硼樣塊與短切碳纖維-浙青混合物樣塊上下水平放置，并放入到熱壓石墨模具內(nèi)，裝入碳管爐內(nèi)，向爐內(nèi)緩慢通入流動的Ar氣，20MPa壓力下，緩慢升溫至800° C，保溫0.5小時，然后快速升溫至2100°C，保溫I小時，隨爐冷卻降至室溫。得到的樣品，碳化硼層厚度約為3.5mm,碳纖維增強碳材料層約為1.2mm。采用阿基米德法測量密度與開口孔隙率，分別為2.301g/cm3和2.31%，通過計算知，該碳化硼復(fù)合材料到達理論密度值的93.9% (碳化硼理論密度2.52 g/cm3，碳纖維增強碳材料理論密度以2.25 g/cm3計算)。測得碳化硼面硬度為3239HV0.3。 實施例2: 先稱取主料，碳化硼粉95.5wt% (D50=l.9 μ m)和硼粉4.5wt%,再稱取并加入PVA1.5wt% (以主料計)，四甲基氫氧化銨1.0wt% (以主料計)，與去離子水一起放入球磨罐內(nèi)，加入B4C介質(zhì)球，介質(zhì)球與物料重量比為2:1，球磨36小時，后經(jīng)蠕動泵送入到噴霧干燥造粒機內(nèi)造粒，采用80目過篩后使用。將造粒料充入金屬模具中，經(jīng)SOMPa壓力成型，得到60mm X 60mm X 4mm 試樣。在通風(fēng)櫥中先將浙青溶于苯中，然后將購買的碳纖維布(400g/m2，厚度為0.42mm),在浙青-苯溶液中浸潰，同時施以超聲分散。將浸潰有浙青的纖維布，放入真空干燥箱中120°C，8小時烘干。取出烘干后的碳纖維布-浙青混合物，手工切成面積為60mm X 60mm 的樣品。將浸潰有浙青的60mmX60mm的碳纖維布，依次放入到熱壓石墨模具內(nèi)，然后最上面放一層60mmX60mmX4mm的碳化硼預(yù)壓片。將裝好的石墨模具帶樣品一起放入碳管爐內(nèi)，向爐內(nèi)緩慢通入流動的Ar氣，IOMPa壓力下，緩慢升溫至800° C，保溫0.5小時，然后將壓力提高至40MPa，快速升溫至2100°C，保溫I小時，隨爐冷卻降至室溫。得到的樣品，碳化硼層厚度約為2.1mm，碳纖維增強碳材料層約為4.0mm。采用阿基米德法測量密度與開口孔隙率，分別為1.993g/cm3和5.31%，通過計算知，該碳化硼復(fù)合材料到達理論密度值的85.1% (碳化硼理論密度2.52 g/cm3，碳纖維增強碳材料理論密度以2.25 g/cm3計算)。測得碳化硼面硬度為3378HV0.3。 實施例3: 先向碳化硼粉(D50=0.8μηι)中加入甲基纖維素3wt% (以碳化硼粉計)，葡萄糖3wt%(以碳化硼粉計)，四甲基氫氧化銨2wt% (以碳化硼粉計)，與去離子水共同放入球磨罐內(nèi)，加入B4C介質(zhì)球，介質(zhì)球與物料重量比為4:1，球磨48小時，后經(jīng)蠕動泵送入到噴霧干燥造粒機內(nèi)造粒，采用80目過篩后使用。將造粒料充入金屬模具中，經(jīng)IOOMPa壓力成型，得到60mm X 60mm X 4mm 試樣。在通風(fēng)櫥中先將浙青溶于苯中，并向其中加入15%的碳化硼微粉(D50=0.8 μ m)。將購買的高溫石墨租(0.14g/cm3,厚度為15mm),在浙青-苯溶液中浸潰，同時施以超聲分散。將浸潰有浙青-碳化硼微粉的碳氈，放入真空干燥箱中120°C，8小時烘干。取出烘干后的碳租-浙青/碳化硼混合物，手工切成面積為60mmX60mm的樣品。將浸潰過的60mmX60mm的碳氈，依次放入到熱壓石墨模具內(nèi)，上面放一層60mmX60mmX4mm的碳化硼預(yù)壓片。將裝好的石墨模具帶樣品一起放入碳管爐內(nèi)，向爐內(nèi)緩慢通入流動的Ar氣，IOMPa壓力下，緩慢升溫至800° C，保溫0.5小時，然后將壓力提高至4010^，快速升溫至2050°(:，保溫I小時，隨爐冷卻降至室溫。得到的樣品，碳化硼層厚度約為2.1本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種碳化硼/碳纖維復(fù)合陶瓷,其特征在于其具備層狀結(jié)構(gòu),碳化硼和碳纖維交替分布,碳化硼的厚度在1?300mm。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種碳化硼/碳纖維復(fù)合陶瓷，其特征在于其具備層狀結(jié)構(gòu)，碳化硼和碳纖維交替分布，碳化硼的厚度在1-300mm。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硼/碳纖維復(fù)合陶瓷，其特征在于碳纖維是經(jīng)浸潰處理的短切碳纖維、連續(xù)纖維編織體或者由短切碳纖維組成的石墨氈。3.根絕權(quán)利要求2所述的碳化硼/碳纖維復(fù)合陶瓷，其特征在于碳纖維浸潰處理所用的試劑為有機碳前驅(qū)體。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的碳化硼/碳纖維復(fù)合陶瓷，其特征在于有機碳前驅(qū)體為浙青、煤焦油、酚醛樹脂、糠醛樹脂。5.一種制備權(quán)利要求1所述的碳化硼/碳纖維復(fù)合陶瓷的方法，包括: 步驟一:將碳化硼粉末預(yù)先成型； 步驟二:碳纖維預(yù)先浸潰成型； 步驟三:將碳化...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張福軍，
申請(專利權(quán))人：常熟華融太陽能新型材料科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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