一种高活性亚微米级碳化硼陶瓷粉体及其低温原位制备方法.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CN111470868A(43)申请公布日2020.07.31(21)申请号202010237756.3(22)申请日2020.03.30(71)申请人江苏大学地址212013江苏省镇江市京口区学府路301号(72)发明人李欣杨建红乔佳刘钟升温合静周海涛(51)Int.Cl.C04B35/563(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图3页(54)发明名称一种高活性亚微米级碳化硼陶瓷粉体及其低温原位制备方法(57)摘要本发明提供了一种高活性亚微米级碳化硼陶瓷粉体及其低温原位制备方法，属于碳化硼粉体制备领域。实现将硼酸、石油焦、稀土氧化物添加剂配料后，干燥处理，然后进行高能球磨破碎并干压成型，再置于超低频加热炉内低温碳热还原，原位制备出高活性的亚微米级碳化硼陶瓷粉体。本发明集制备和粉碎为一体，可直接制备出亚微米级B4C粉体，无需进行后续冗长的破碎净化。稀土氧化物可降低碳热还原温度并抑制B4C晶粒长大，防止晶粒粗化。同时，稀土氧化物的添加还可原位反应生成促进后续B4C陶瓷烧结时的第二相，大大提高了陶瓷粉体的烧结活性。与现有技术相比，本发明反应温度低、时间短，具有低成本、绿色环保和节能降耗等优势，且工艺简单易行，可适用于工业化大规模推广。CN111470868ACN111470868A权利要求书1/1页1.一种高活性亚微米级碳化硼陶瓷粉体的低温原位制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将硼酸、石油焦、稀土氧化物添加剂按照硼酸68～75wt.％、石油焦24～30wt.％、稀土氧化物添加剂0.2～8wt.％的重量配比进行配料；(2)将混合原料置于真空干燥箱内进行干燥处理，干燥温度为80～400℃，升温速率为2～10℃/min，干燥时间为0.2～2h；(3)将干燥后的原料进行高能球磨破碎；(4)将破碎后的粉料进行干压成型至块体；(5)将块体原料置于超低频加热炉，在1200～1600℃下原位制备出高活性亚微米级B4C陶瓷粉体。2.根据权利1所述的高活性亚微米级碳化硼陶瓷粉体的低温原位制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的稀土氧化物添加剂为Y2O3、La2O3、Pr2O3、CeO2中的一种或两种混合。3.根据权利1所述的高活性亚微米级碳化硼陶瓷粉体的低温原位制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的原料中硼酸纯度>99％，粒度范围为0～1mm；石油焦固定碳含量>85％，灰分含量<0.5％，粒度范围为0～5mm。4.根据权利1所述的高活性亚微米级碳化硼陶瓷粉体的低温原位制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的稀土氧化物添加剂纯度>99.5％，粒度范围为0～0.5mm。5.根据权利1所述的高活性亚微米级碳化硼陶瓷粉体的低温原位制备方法，其特征在于，步骤(3)所述的高能球磨破碎的条件为：球料比为(3～15):1，球磨时间40～60h，球磨转速200～600r/min。6.根据权利1所述的高活性亚微米级碳化硼陶瓷粉体的低温原位制备方法，其特征在于，步骤(4)所述的干压成型的条件参数为：压力20～200MPa，保压时间1～10min。7.根据权利1所述的高活性亚微米级碳化硼陶瓷粉体的低温原位制备方法，其特征在于，步骤(5)所述的超低频加热炉的频率为0.05～5Hz，加热时间为0.5～5h。8.根据权利1-7任一项所述的低温原位制备方法制备的高活性亚微米级碳化硼陶瓷粉体，其特征在于，所述亚微米级碳化硼陶瓷粉体的平均粒度D50<1.0μm，其中，C的质量分数≥21.8％，O的质量分数≤1.80％，Fe的质量分数<0.10％，B/C摩尔比为3.60～3.90；还包括第二相稀土硼化物。2CN111470868A说明书1/5页一种高活性亚微米级碳化硼陶瓷粉体及其低温原位制备方法技术领域[0001]本发明属于碳化硼陶瓷材料的制备领域，具体涉及一种亚微米级碳化硼陶瓷粉体及其低温原位制备方法。背景技术[0002]碳化硼(B4C)是一种重要的特种陶瓷材料，具有高硬度(莫氏硬度9.36，仅次于金刚石和立方氮化硼)、低密度(理论密度仅为2.52g/cm3)、优良的热中子吸收性能(中子吸收截面高达347×10-24cm2)、高熔点(2450℃)、化学性质稳定和耐高温等优良特性，因此被广泛用作高端军工防弹装甲材料、核工业屏蔽和控制材料、高级研磨材料、工程陶瓷以及高级耐火材料等，其中高端军工防弹装甲和核屏蔽材料等领域均要求B4C陶瓷具有较高的致密度和力学性能。[0003]B4C共价键含量较高，高达93％以上，晶界移动阻力大，烧结致密化非常困难，以普通微米级B4C粉体为原料，采用无压烧结所得陶瓷致密度低且强度和韧性都偏低。研究表明，降低B4C原料粒度可大幅度提高陶瓷的致密度和强度，其中采用亚微米B4C粉体是