一种氮化硼纳米管/纳米片-碳化硼陶瓷复合材料及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113735586A(43)申请公布日2021.12.03(21)申请号202111005864.9(22)申请日2021.08.30(71)申请人武汉工程大学地址430074湖北省武汉市洪山区雄楚大街693号(72)发明人王恒曾义杨小晗李哲成刘凯徐慢(74)专利代理机构湖北武汉永嘉专利代理有限公司42102代理人崔友明李艳景(51)Int.Cl.C04B35/563(2006.01)C04B35/80(2006.01)C04B35/622(2006.01)权利要求书1页说明书7页(54)发明名称一种氮化硼纳米管/纳米片-碳化硼陶瓷复合材料及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种氮化硼纳米管/纳米片‑碳化硼陶瓷复合材料及其制备方法。其制备为：在去离子水中依次加入表面活性剂和碳化硼粉体，混合均匀得碳化硼悬浮液，继续加入氮化硼纳米管/纳米片杂化粉体，搅拌、超声、冷冻干燥得到氮化硼纳米管/纳米片‑碳化硼复合粉体，最后置于氩气气氛下热压烧结，随炉冷却至室温，得到氮化硼纳米管/纳米片‑碳化硼陶瓷复合材料；其中氮化硼纳米管/纳米片杂化粉体为氮化硼纳米片上原位生长氮化硼纳米管形成的杂化结构。该方法所得陶瓷复合材料中，氮化硼纳米管/纳米片在碳化硼陶瓷复合材料中均匀分散，能同时发挥氮化硼纳米管和纳米片的强韧化优势及其多维度协同效应，显著提升碳化硼陶瓷材料的强度和韧性。CN113735586ACN113735586A权利要求书1/1页1.一种氮化硼纳米管/纳米片‑碳化硼陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)在去离子水中依次加入表面活性剂和碳化硼粉体，混合均匀得碳化硼悬浮液，然后向碳化硼悬浮液中加入氮化硼纳米管/纳米片杂化粉体，搅拌、超声、冷冻干燥得到氮化硼纳米管/纳米片‑碳化硼复合粉体，其中：所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵或十六烷基三甲基氯化铵；按质量百分比计，所述氮化硼纳米管/纳米片杂化粉体占所述碳化硼粉体和氮化硼纳米管/纳米片杂化粉体总质量的1～4％；所述氮化硼纳米管/纳米片杂化粉体为氮化硼纳米片上原位生长氮化硼纳米管形成的杂化结构；(2)将步骤(1)所得氮化硼纳米管/纳米片‑碳化硼复合粉体置于氩气气氛下热压烧结，然后随炉冷却至室温，得到氮化硼纳米管/纳米片‑碳化硼陶瓷复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，碳化硼粉体和表面活性剂的质量比为(190～400)：1。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，碳化硼粉体的平均粒径为1～10μm。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，表面活性剂在去离子水中的质量浓度为0.25～0.5mg/mL。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，搅拌时间为1～2h；超声时间为1～2h；冷冻干燥时间为24～48h。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，热压烧结温度为1850～1950℃，烧结压力为30～50MPa，烧结时间为30～60min。7.一种权利要求1‑6任一项所述的制备方法制备得到的氮化硼纳米管/纳米片‑碳化硼陶瓷复合材料。2CN113735586A说明书1/7页一种氮化硼纳米管/纳米片‑碳化硼陶瓷复合材料及其制备方法技术领域[0001]本发明属于先进结构陶瓷材料领域，具体涉及一种氮化硼纳米管/纳米片‑碳化硼陶瓷复合材料及其制备方法。背景技术[0002]低维增强相强韧化的碳化硼(B4C)陶瓷基复合材料具有高比强度、高比模量、高硬度、低密度，以及高断裂韧性和高断裂功等优良特性，是一类重要的轻质陶瓷装甲材料，是国防建设与现代工业的重要支撑材料之一。随着应用领域和服役环境的不断拓展，对碳化硼陶瓷基复合材料的韧性、强度和可靠性提出了更高的要求。[0003]氮化硼纳米材料(纳米管、纳米片)具有高杨氏模量和高断裂强度的优点，如：利用透射电子显微镜‑原子力显微镜(TEM‑AFM)测得直径为11.9～44.3nm的单根氮化硼纳米管(BNNTs)的断裂强度为14.1～33.2GPa，断裂应变为1.5～3.4％，杨氏模量为725～1343GPa(WeiXL,etal.AdvMater.,2010,22,4895)，与理论预测较为吻合(HernándezE,etal.PhysRevLett.,1998,80,4502)。利用AFM研究氮化硼纳米片(BNNSs)的力学性能发现：氮化硼层间较大的滑移能可以阻止片层间的移动，厚度变化(1～9层)对BNNSs的力学性能影响不大，断裂强度为70.5±5.5GPa，杨氏模量为0.865±0.073TPa(FalinA,etal.NatCommun.,2017