高定向氮化硼復合材料的制備工藝的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明提供一種高定向氮化硼復合材料的制備工藝，屬于復合材料制備技術領域。
【背景技術】
[0002]氮化硼材料因其具有高熔點、低密度和突出的抗熱震性而被廣泛應用于航天器、遠程武器熱防護系統的高溫結構部件。而高度取向氮化硼材料由于片狀氮化硼顆粒的高度定向排列而具有熱、電、磁、力學性能各向異性顯著等優良性能。
[0003]同時，由于片狀氮化硼軸方向的結合力遠遠小于垂直于軸方向的結合力，晶體主要沿板面方向生長，沿厚度方向的生長比較緩慢，從而形成片狀晶體結構，這種片狀晶體結構燒結時形成卡片搭橋結構，起到相互支撐的作用，阻礙材料的收縮。因此，在燒結時使片狀晶體結構形成定向排列，是解決這個問題的關鍵技術。
[0004]目前，制備的高定向度的材料，主要有石墨材料。專利“天然鱗片石墨基高定向石墨材料及其制備方法，授權號為CN 101708838 B，采用天然鱗片石墨、粘結劑和溶劑混磨，在豐旲具內熱壓成型；最后進彳丁 1000~1500 C炭化和2600~3000 C石墨化，制得尚定向石墨材料。缺點是石墨粉體混合后，放入石墨磨具，混合料中的石墨具有較差的取向性，因而必須采用較大尺寸的片狀石墨顆粒來提高定向性，石墨粒徑為175?700 μm，較大的顆粒降低石墨的強度。
[0005]而高定向的氮化硼材料，未見報道。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提供一種工藝簡單，操作安全，成本低的高定向氮化硼復合材料的制備工藝，其技術方案為:
1)采用流延法制備氮化硼流延片:先將粘結劑和增塑劑加入溶劑中攪拌均勻，再加入陶瓷粉料、攪拌均勻，形成流延料，然后流延成型，室溫干燥脫模后得到40?10Mffl厚的氮化硼流延片；
2)將氮化硼流延片依照模具大小分別切片；
3)將切片后的氮化硼流延片疊加放入氮化硼磨具中，預壓成型，成型壓力為20?40MPa，溫度為80?100°C ；
4)將預壓成型后的生坯連同氮化硼磨具放入真空脫脂中，真空脫脂，脫脂時，升溫速度為2?3°C /min,升溫至600?700°C，保溫0.5?Ih ;
5)在氬氣氣氛下熱壓燒結，燒結溫度為1900?2000°C，保溫0.5?2h，壓力為20?40 MPa，即得高定向氮化硼復合材料。
[0007]所述的高定向氮化硼復合材料的制備工藝，步驟I)中，制備氮化硼流延片的陶瓷粉料由片狀氮化硼粉末、硼化鋯粉末、碳化硅粉末和氧化釔粉末按體積百分比70?90%:O?5%:5?20%:0?5%混合而成，片狀氮化硼粉末的直徑為2?5Mm，厚度為50?200nm，硼化錯粉末的粒徑為I?5Mm，碳化娃粉末的粒徑為0.5?2Mm，氧化紀粉末的粒徑為0.5?
[0008]所述的高定向氮化硼復合材料的制備工藝，步驟I)中，以制備氮化硼流延片的陶瓷粉料重量為基礎計算，按重量百分比稱取粘結劑10?30%、增塑劑10?30%和溶劑200?
600% ο
[0009]所述的高定向氮化硼復合材料的制備工藝，其特征在于:粘結劑采用聚乙稀醇縮丁醛；增塑劑采用聚乙二醇和聚乙烯醇中的一種或兩種的混合；溶劑采用乙醇。
[0010]本發明與現有技術相比，具有如下優點:
1、高定向氮化硼復合材料，平行于氮化硼層面的XRD圖譜，只出現了氮化硼晶體的
(002)強峰和(004)弱峰，表明本發明制備的氮化硼復合材料具有較高的取向性；
2、采用流延法制備氮化硼流延片，氮化硼流延片厚度只有40?lOOMffl，在流延過程中，片狀氮化硼有擇優取向，片層平行于流延片表面；
3、由于流延成型和熱壓燒結的雙重作用，使得片狀氮化硼顆粒平行層面排布從而獲得高度定向氮化硼材料；
4、由于片狀氮化硼高定向排列，減少了片狀晶體結構燒結時卡片搭橋結構，使得氮化硼復合材料完全致密，彎曲強度明顯提高。
[0011]
【附圖說明】
[0012]圖1是本發明制備高定向氮化硼復合材料水平方向的XRD譜圖；
圖2是本發明制備高定向氮化硼復合材料側面方向的XRD譜圖；
圖3是本發明制備高定向氮化硼復合材料斷面SEM照片。
【具體實施方式】
[0013]實施例1
1、制備氮化硼流延片:先稱量27.35克聚乙烯醇縮丁醛、27.35克聚乙烯醇、546.9克乙醇，攪拌均勻，再加入154克直徑為2?5Mm，厚度為50?200nm的片狀氮化硼，30.4克I?5Mm的硼化鋯粉末，64克0.5?2Mm的碳化硅粉末和25.05克0.5?2Mm的氧化釔粉末，攪拌均勻，形成硼化鋯流延料，其中片狀氮化硼粉末、硼化鋯粉末、碳化硅粉末和氧化釔粉末是按70%: 5%:20%:5%體積百分比稱取；然后流延成型，室溫干燥脫模后得到40?10Mm厚的氮化硼流延片；
2)將氮化硼流延片依照模具大小分別切片；
3)將切片后的氮化硼流延片疊加放入氮化硼磨具中，預壓成型，成型壓力為20MPa，溫度為80°C ；
4)將預壓成型后的生坯連同氮化硼磨具放入真空脫脂中，真空脫脂，脫脂時，升溫速度為 2°C /min,升溫至 6000C，保溫 0.5h ；
5)在氬氣氣氛下熱壓燒結，燒結溫度為1900°C，保溫0.5h，壓力為20MPa，即得高定向氮化硼復合材料。
[0014]實施例2 1、制備氮化硼流延片:先稱量48.88克聚乙烯醇縮丁醛、48.88克聚乙二醇、977.6克乙醇，攪拌均勻，再加入198克直徑為2?5Mm，厚度為50?200nm的片狀氮化硼，30.4克I?5Mm的硼化鋯粉末克16克0.5?2Mm的碳化硅粉末，攪拌均勻，形成硼化鋯流延料，其中片狀氮化硼粉末、硼化鋯粉末和碳化硅粉末是按90%:5%:5%體積百分比稱取；然后流延成型，室溫干燥脫模后得到40?10Mffl厚的氮化硼流延片；
2)將氮化硼流延片依照模具大小分別切片；
3)將切片后的氮化硼流延片疊加放入氮化硼磨具中，預壓成型，成型壓力為40MPa，溫度為100 °C ；
4)將預壓成型后的生坯連同氮化硼磨具放入真空脫脂中，真空脫脂，脫脂時，升溫速度為3 0C /min，升溫至700。。，保溫Ih ；
5)在氬氣氣氛下熱壓燒結，燒結溫度為2000°C，保溫2h，壓力為40MPa，即得高定向氮化硼復合材料。
[0015]通過XRD測試，可見只出現氮化硼晶體的(002)強峰和(004)弱峰，表明制備的氮化硼復合材料具有較高的取向性(見圖1和圖2);通過SEM測試，可見片狀氮化硼平行于層面方向(見圖3)。
[0016]實施例3
1、制備氮化硼流延片:先稱量74.72克聚乙烯醇縮丁醛、20克聚乙烯醇、54.72克聚乙二醇、1494.3克乙醇，攪拌均勻，再加入176克直徑為2?5Mm，厚度為50?200nm的片狀氮化硼，48克0.5?2Mm的碳化硅粉末和25.05克0.5?2Mm的氧化釔粉末，攪拌均勻，形成硼化鋯流延料，其中片狀氮化硼粉末、碳化硅粉末和氧化釔粉末是按80%: 15%:5%體積百分比稱取；然后流延成型，室溫干燥脫模后得到40?10Mffl厚的氮化硼流延片；
2)將氮化硼流延片依照模具大小分別切片；
3)將切片后的氮化硼流延片疊加放入氮化硼磨具中，預壓成型，成型壓力為30MPa，溫度為90°C ；
4)將預壓成型后的生坯連同氮化硼磨具放入真空脫脂中，真空脫脂，脫脂時，升溫速度為 2.50C /min，升溫至 650°C，保溫 Ih ；
5)在氬氣氣氛下熱壓燒結，燒結溫度為1950°C，保溫lh，壓力為30MPa，即得高定向氮化硼復合材料。
[0017]實施例4
1、制備氮化硼流延片:先稱量49.23克聚乙烯醇縮丁醛、10克聚乙烯醇、14.6克聚乙二醇、1230.95克乙醇，攪拌均勻，再加入187克直徑為2?5Mm，厚度為50?200nm的片狀氮化硼，12.16克I?5Mm的硼化鋯粉末，32克0.5?2Mm的碳化硅粉末和15.03克0.5?2Mm的氧化釔粉末，攪拌均勻，形成硼化鋯流延料，其中片狀氮化硼粉末、硼化鋯粉末、碳化硅粉末和氧化釔粉末是按85%: 2%:10%:3%體積百分比稱取；然后流延成型，室溫干燥脫模后得到40?10Mffl厚的氮化硼流延片；
2)將氮化硼流延片依照模具大小分別切片；
3)將切片后的氮化硼流延片疊加放入氮化硼磨具中，預壓成型，成型壓力為30MPa，溫度為90°C ；
4)將預壓成型后的生坯連同氮化硼磨具放入真空脫脂中，真空脫脂，脫脂時，升溫速度為2°C /min，升溫至650°C，保溫Ih ；
5)在氬氣氣氛下熱壓燒結，燒結溫度為1950°C，保溫lh，壓力為30MPa，即得高定向氮化硼復合材料。
【主權項】
1.一種高定向氮化硼復合材料的制備工藝，其特征在于采用以下步驟: 1)采用流延法制備氮化硼流延片:先將粘結劑和增塑劑加入溶劑中攪拌均勻，再加入陶瓷粉料、攪拌均勻，形成流延料，然后流延成型，室溫干燥脫模后得到40?10Mffl厚的氮化硼流延片； 2)將氮化硼流延片依照模具大小分別切片； 3)將切片后的氮化硼流延片疊加放入石墨磨具中，預壓成型，成型壓力為20?40MPa，溫度為80?100 °C ； 4)將預壓成型后的生坯連同石墨磨具放入真空脫脂中，真空脫脂，脫脂時，升溫速度為2?3°C /min,升溫至600?700°C，保溫0.5?Ih ; 5)在氬氣氣氛下熱壓燒結，燒結溫度為1900?2000°C，保溫0.5?2h，壓力為20?40 MPa，即得高定向氮化硼復合材料。2.如權利要求1所述的高定向氮化硼復合材料的制備工藝，其特征在于:步驟I)中，制備氮化硼流延片的陶瓷粉料由片狀氮化硼粉末、硼化鋯粉末、碳化硅粉末和氧化釔粉末按體積百分比70?90%:0?5%:5?20%:0?5%混合而成，片狀氮化硼粉末的直徑為2?5Mm,厚度為50?200nm，硼化錯粉末的粒徑為I?5Mm，碳化娃粉末的粒徑為0.5?2Mm，氧化釔粉末的粒徑為0.5?2Mm。3.如權利要求1所述的高定向氮化硼復合材料的制備工藝，其特征在于:步驟I)中，以制備氮化硼流延片的陶瓷粉料重量為基礎計算，按重量百分比稱取粘結劑10?30%、增塑劑10?30%和溶劑200?600%O4.如權利要求1和3所述的高定向氮化硼復合材料的制備工藝，其特征在于:粘結劑采用聚乙烯醇縮丁醛；增塑劑采用聚乙二醇和聚乙烯醇中的一種或兩種的混合；溶劑采用乙醇。
【專利摘要】本發明提供一種高定向氮化硼復合材料的制備工藝，其特征在于采用以下步驟：1）采用流延法制備氮化硼流延片：先將粘結劑和增塑劑加入溶劑中攪拌均勻，再加入陶瓷粉料、攪拌均勻，形成流延料，然后流延成型，室溫干燥脫模后得到40～100μm厚的氮化硼流延片；2）將氮化硼流延片依照模具大小分別切片；3）將切片后的氮化硼流延片疊加放入石墨磨具中，預壓成型；4）將預壓成型后的生坯連同石墨磨具放入真空脫脂中，真空脫脂；5）在氬氣氣氛下熱壓燒結，即得高定向氮化硼復合材料。本發明工藝簡單，操作安全，易于產業化，制備的高定向氮化硼復合材料，具有較高的取向性。
【IPC分類】C04B35/622, C04B35/5835
【公開號】CN104892004
【申請號】CN201510250976
【發明人】周愛萍, 張艷平, 鄭明文
【申請人】山東理工大學
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年5月18日