一種SiC納米線增強SiBCN陶瓷的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料領(lǐng)域關(guān)于SiBCN陶瓷的制備，涉及一種SiC納米線增強SiBCN陶瓷的制備方法
【背景技術(shù)】
[0002]SiBCN陶瓷材料由于存在較多的共價鍵結(jié)構(gòu)，賦予了材料較高的熱穩(wěn)定性、抗氧化性以及抗蠕變等性能，文獻I “李亞靜，張躍，SiBCN陶瓷前驅(qū)體高溫裂解機理，無機材料學(xué)報，2014，29 [3]: 321-326”。這種材料由于含有無定型S1、C、N結(jié)構(gòu)，有很好的高溫穩(wěn)定性和抗氧化能力，能夠在1500°C以上不結(jié)晶、不分解和不氧化。目前制備SiBCN陶瓷主要方法為有機先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法。專利號103755348A中公開了一種硅硼碳氮陶瓷及其制備方法。該方法以基于雙碳鏈或多碳鏈結(jié)構(gòu)單元的胺為反應(yīng)物進行胺解氯硅烷，進而硼氫化反應(yīng)合成聚硼硅胺烷，以其為前驅(qū)體熱解制備硅硼碳氮陶瓷。但是，制備成本高、安全性差、操作復(fù)雜及產(chǎn)量低，且反應(yīng)殘留的氣孔會降低陶瓷的強韌性。若可簡化生產(chǎn)工藝，并有效提高陶瓷材料的力學(xué)性能，將有利于進一步促進SiBCN陶瓷的發(fā)展應(yīng)用。
[0003]專利號101525234中公開了一種SIBCN陶瓷材料的制備方法。該方法利用硼氫化鈉、甲基乙烯基二氯硅烷、溶劑和四乙二醇二甲醚，通過混合反應(yīng)，加入氮源混合反應(yīng)，蒸餾、干燥，而后球磨、離心、烘干，制得SIBCN陶瓷材料。但是該方法工藝較為復(fù)雜。
[0004]放電等離子燒結(jié)(Spark Plasma Sintering，SPS)是制備功能材料的一種全新技術(shù)，它具有升溫速度快、燒結(jié)時間短、組織結(jié)構(gòu)可控、產(chǎn)品組織細小均勻，能保持原材料的自然狀態(tài)，可以得到高致密度的材料，節(jié)能環(huán)保等鮮明特點，可用來制備金屬材料、陶瓷材料、復(fù)合材料等。文獻2 “張久興，劉科高，周美玲，放電等離子燒結(jié)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，粉末冶金技術(shù)，2002，20 [3]: 129-134”。
[0005]專利號104529468A中公開了一種石墨烯增強硅硼碳氮陶瓷復(fù)合材料及其制備。該方法以硅粉、石墨和六方氮化硼為原料，球磨得到SiBCN非晶粉末，而后混合石墨烯進行放電等離子燒結(jié)得到石墨烯增強硅硼碳氮陶瓷復(fù)合材料。該方法通過球磨各種粉料得到SiBCN非晶粉末，這種機械混合法很難保障SiBCN非晶粉末混合的均勻性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]要解決的技術(shù)問題
[0007]為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種SiC納米線增強SiBCN陶瓷的制備方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的工藝復(fù)雜、制作成本高、產(chǎn)量低、陶瓷強度低、韌性差等問題，進一步促進SiBCN陶瓷的發(fā)展應(yīng)用。本發(fā)明提出的工藝來制備SiBCN陶瓷，從而實現(xiàn)簡單、快速的制備方式，此外，通過外加SiC納米線增強SiBCN陶瓷。
[0008]技術(shù)方案
[0009]—種SiC納米線增強SiBCN陶瓷的制備方法，其特征在于步驟如下:
[0010]步驟1、原料制備:將聚硼硅氮烷PBSZ在氬氣或氮氣氣氛下200?250°C交聯(lián)固化2?3小時，而后球磨12?24小時，得到SiBCN粉末；
[0011]步驟2、粉料混合:采用乙醇溶液將90?100質(zhì)量份的SiBCN粉末、I?10質(zhì)量份的SiC納米線和小于總質(zhì)量10%質(zhì)量份的燒結(jié)助劑混合后球磨，得到混合漿料；
[0012]步驟3、粉料裂解:將混合漿料在烘箱內(nèi)干燥12?24小時，在保護氣氛下800?900°C裂解2?3小時，研磨后過篩網(wǎng)，得到混合粉料；
[0013]步驟4、陶瓷燒結(jié):將混合粉料進行放電等離子燒結(jié)，得到SiC納米線增強的SiBCN陶瓷；所述燒結(jié)溫度為1500?1900°C，載荷為30?lOOMpa，保壓時間2?lOmin。
[0014]所述步驟3的保護氣氛為真空或氬氣。
[0015]所述步驟2的球磨時間為12?24小時，球磨滾筒速率為100?150r/min。
[0016]所述步驟3的篩網(wǎng)為60?80目。
[0017]所述步驟2中的燒結(jié)助劑是氧化鋁、氧化鎂、氧化錯、氧化乾、氧化鐿、氧化鉺、氧化鈧、氧化鈰以及其他稀土氧化物中的一種或多種。
[0018]有益效果
[0019]本發(fā)明提出的一種SiC納米線增強SiBCN陶瓷的制備方法，以聚硼硅氮烷為先驅(qū)體，混合SiC納米線，采用放電等離子燒結(jié)工藝快速制備納米線增韌SiBCN陶瓷。有益效果是:該工藝操作簡單，充分利用先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法的可設(shè)計性，過程簡單和溫度低，以及SPS法燒結(jié)迅速的優(yōu)點，實現(xiàn)了 SiBCN陶瓷的制備，適用于小型致密構(gòu)件的致密，比傳統(tǒng)CVI法和PDC法可以節(jié)省時間95%，并顯著提高陶瓷材料致密度，降低陶瓷材料制造成本。此外，SiC納米線的加入可以改善SiBCN陶瓷的強韌性。圖2為放電等離子燒結(jié)制備的SiBCN陶瓷。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明SiC納米線增韌SiBCN陶瓷的工藝流程圖；
[0021]圖2為放電等離子燒結(jié)制備的SiBCN陶瓷。
【具體實施方式】
[0022]現(xiàn)結(jié)合實施例、附圖對本發(fā)明作進一步描述:
[0023]實施例1
[0024]步驟一:原料制備:聚硼硅氮烷(PBSZ)在氬氣或氮氣氣氛下200?250°C交聯(lián)固化2?3小時，而后球磨12?24小時，得到SiBCN粉末。
[0025]步驟二:粉料混合=SiBCN粉末，SiC納米線，小于總質(zhì)量10%質(zhì)量份的燒結(jié)助劑和乙醇溶液按比例混合、球磨，得到混合漿料。所述球磨時間為12?24小時，球磨滾筒速率為100?150r/min，所述混合粉料中SiBCN粉末和SiC納米線質(zhì)量比為100:0 ;燒結(jié)助劑是氧化鋁和氧化?乙。
[0026]步驟三:粉料裂解:將混合漿料在烘箱內(nèi)干燥12?24小時，而后在保護氣氛下800?900°C裂解2?3小時，研磨并過60?80目篩網(wǎng)，得到混合粉料。
[0027]步驟四:陶瓷燒結(jié):將混合粉料進行放電等離子燒結(jié)，最終得到SiC納米線增強的SiBCN陶瓷。所述燒結(jié)溫度為1500?1900°C，載荷為30?lOOMpa，保壓時間2?1min0實施例2
[0028]步驟一:原料制備:聚硼硅氮烷(PBSZ)在氬氣或氮氣氣氛下200?250°C交聯(lián)固化2?3小時，而后球磨12?24小時，得到SiBCN粉末。
[0029]步驟二:粉料混合=SiBCN粉末，SiC納米線，小于總質(zhì)量10%質(zhì)量份的燒結(jié)助劑和乙醇溶液按比例混合、球磨，得到混合漿料。所述球磨時間為12?24小時，球磨滾筒速率為100?150r/min，所述混合粉料中SiBCN粉末和SiC納米線質(zhì)量比為100:4 ;燒結(jié)助劑是氧化鎂和氧化鋯。
[0030]步驟三:粉料裂解:將混合漿料在烘箱內(nèi)干燥12?24小時，而后在保護氣氛下800?900°C裂解2?3小時，研磨并過60?80目篩網(wǎng)，得到混合粉料。
[0031]步驟四:陶瓷燒結(jié):將混合粉料進行放電等離子燒結(jié)，最終得到SiC納米線增強的SiBCN陶瓷。所述燒結(jié)溫度為1500?1900°C，載荷為30?lOOMpa，保壓時間2?1min0實施例3
[0032]步驟一:原料制備:聚硼硅氮烷(PBSZ)在保護氣氛下200?250°C交聯(lián)固化2?3小時，而后球磨12?24小時，得到SiBCN粉末。
[0033]步驟二:粉料混合=SiBCN粉末，SiC納米線，小于總質(zhì)量10%質(zhì)量份的燒結(jié)助劑和乙醇溶液按比例混合、球磨，得到混合漿料。所述球磨時間為12?24小時，球磨滾筒速率為100?150r/min，所述混合粉料中SiBCN粉末和SiC納米線質(zhì)量比為100:6 ；;燒結(jié)助劑是氧化鋁、氧化鎂、氧化鋯、氧化釔、氧化鐿、氧化鉺、氧化鈧、氧化鈰以及其他稀土氧化物中的一種或多種。
[0034]步驟三:粉料裂解:將混合漿料在烘箱內(nèi)干燥12?24小時，而后在保護氣氛下800?900°C裂解2?3小時，研磨并過60?80目篩網(wǎng)，得到混合粉料。
[0035]步驟四:陶瓷燒結(jié):將混合粉料進行放電等離子燒結(jié)，最終得到SiC納米線增強的SiBCN陶瓷。所述燒結(jié)溫度為1500?1900°C，載荷為30?lOOMpa，保壓時間2?1min0實施例4
[0036]步驟一:原料制備:聚硼硅氮烷(PBSZ)在氬氣或氮氣氣氛下200?250°C交聯(lián)固化2?3小時，而后球磨12?24小時，得到SiBCN粉末。
[0037]步驟二:粉料混合=SiBCN粉末，SiC納米線，小于總質(zhì)量10%質(zhì)量份的燒結(jié)助劑和乙醇溶液按比例混合、球磨，得到混合漿料。所述球磨時間為12?24小時，球磨滾筒速率為100?150r/min，所述混合粉料中SiBCN粉末和SiC納米線質(zhì)量比為100:8 ;燒結(jié)助劑是氧化鋁、氧化鎂、氧化鋯、氧化釔、氧化鐿、氧化鉺、氧化鈧、氧化鈰以及其他稀土氧化物中的一種或多種。
[0038]步驟三:粉料裂解:將混合漿料在烘箱內(nèi)干燥12?24小時，而后在保護氣氛下800?900°C裂解2?3小時，研磨并過60?80目篩網(wǎng)，得到混合粉料。
[0039]步驟四:陶瓷燒結(jié):將混合粉料進行放電等離子燒結(jié)，最終得到SiC納米線增強的SiBCN陶瓷。所述燒結(jié)溫度為1500?1900°C，載荷為30?lOOMpa，保壓時間2?lOmin。
【主權(quán)項】
1.一種SiC納米線增強SiBCN陶瓷的制備方法，其特征在于步驟如下: 步驟1、原料制備:將聚硼硅氮烷PBSZ在氬氣或氮氣氣氛下200?250°C交聯(lián)固化2?3小時，而后球磨12?24小時，得到SiBCN粉末； 步驟2、粉料混合:采用乙醇溶液將90?100質(zhì)量份的SiBCN粉末、I?10質(zhì)量份的SiC納米線和小于總質(zhì)量10%質(zhì)量份的燒結(jié)助劑混合后球磨，得到混合漿料； 步驟3、粉料裂解:將混合漿料在烘箱內(nèi)干燥12?24小時，在保護氣氛下800?900°C裂解2?3小時，研磨后過篩網(wǎng)，得到混合粉料； 步驟4、陶瓷燒結(jié):將混合粉料進行放電等離子燒結(jié)，得到SiC納米線增強的SiBCN陶瓷；所述燒結(jié)溫度為1500?1900°C，載荷為30?lOOMpa，保壓時間2?lOmin。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述SiC納米線增強SiBCN陶瓷的制備方法，其特征在于:所述步驟3的保護氣氛為真空或氬氣。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述SiC納米線增強SiBCN陶瓷的制備方法，其特征在于:所述步驟2的球磨時間為12?24小時，球磨滾筒速率為100?150r/min。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述SiC納米線增強SiBCN陶瓷的制備方法，其特征在于:所述步驟3的篩網(wǎng)為60?80目。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述SiC納米線增強SiBCN陶瓷的制備方法，其特征在于:所述步驟2中的燒結(jié)助劑是氧化鋁、氧化鎂、氧化錯、氧化乾、氧化鐿、氧化鉺、氧化鈧、氧化鋪以及其他稀土氧化物中的一種或多種。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種快速制備納米線增強SiBCN陶瓷的方法，包括如下步驟：1、保護氣氛下將聚硼硅氮烷交聯(lián)固化、球磨得到SiBCN粉末；2、配置一定比例的SiBCN粉末，SiC納米線，氧化鋁，氧化釔和無水乙醇，混合球磨、干燥；3、將步驟2中得到的粉末在保護氣氛下裂解、研磨過篩，得到混合粉料；4、將混合粉料進行放電等離子燒結(jié)，得到SiC納米線增強的SiBCN陶瓷。本發(fā)明充分利用先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法的可設(shè)計性，過程簡單和溫度低，以及SPS法燒結(jié)迅速的優(yōu)點，實現(xiàn)了SiC納米線增強SiBCN陶瓷的制備，適用于小型致密構(gòu)件的致密，比傳統(tǒng)CVI法和PDC法可以節(jié)省時間95％，并顯著提高陶瓷材料致密度，降低陶瓷材料制造成本。
【IPC分類】C04B35/80, C04B35/58, C04B35/622
【公開號】CN105152670
【申請?zhí)枴緾N201510377613
【發(fā)明人】劉永勝, 門靜, 張青, 王晶, 田卓, 成來飛, 張立同
【申請人】西北工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年7月1日