ZrC/ZrB2复相陶瓷粉末、制备方法及其应用技术

本发明专利技术提供了一种ZrC/ZrB2复相陶瓷粉末、制备方法及其应用，涉及复相陶瓷材料技术领域，该ZrC/ZrB2复相陶瓷粉末主要由以下质量百分比的原料通过自蔓延高温合成得到：A粉体0～20％和B粉体80～100％，A粉体为Al粉，B粉体为Zr粉和B4C粉的混合粉，其中Zr粉与B4C粉的摩尔比为3:1。该复相陶瓷粉末的制备方法为将由配方量原料压制得到的生坯块在保护气氛下引燃，通过自蔓延高温合成反应得到。本发明专利技术解决了传统制备工艺复杂、产品纯度低等缺陷，具有制备工艺简单，产品分布均匀、纯度和复合化程度较高的优点，为碳化锆、硼化锆陶瓷粉末或二者的复合粉末生产提供了一种新方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及复相陶瓷材料
，具体而言，涉及一种ZrC/ZrB2复相陶瓷粉末、制备方法及其应用。
技术介绍
碳化锆(ZrC)的化学和物理性质稳定，具有极高的熔点和硬度，优异的耐磨耐蚀性，良好的化学稳定性和一定的金属导电、导热性能，广泛应用于切削刀具、耐磨钻头、电子元器件、原子反应堆中的防护层等领域。作为强化相，ZrC更被用作金属基复合材料中的增强粒子。ZrC具有典型的面心立方结构，具有综合的金属键、离子键和共价键的复合特性。目前，ZrC粉末的制备方法主要包括：碳热还原反应法、镁热还原反应法、机械合金化法、化学气相沉积法、溶胶-凝胶法和微波合成法等。这些方法有的需要高温高热，且工艺过程复杂，有的会导致产物污染严重，造成生成的ZrC颗粒的粗大和不纯，进而降低其性能和应用。其中传统的碳热还原法是将Zr或ZrO2与C的混合物置于真空的石墨管式炉内加热至2200℃以上高温下进行碳化，具有装置复杂、反应时间长、能耗高、产品含碳量低及纯度低等不足。硼化锆(ZrB2)为六方体晶型，呈灰色结晶或粉末，具有良好的耐高温性能、抗腐蚀性、导电导热性、较高的硬度、常/高温强度和化学稳定性，以及抗热震性能好、电阻小、抗高温氧化等优点，是一种优异的高温结构材料。ZrB2广泛应用于高温结构陶瓷、复合材料、电极材料、薄膜材料、耐火材料、核控制材料等领域，如用作宇航耐高温材料、耐磨光滑的固体材料、切削工具、温差热电偶保护管以及电解熔融化合物的电极材料或复合材料的硬质增强相，特别适于用作滚动轴承滚珠的表面。目前，ZrB2粉末的制备方法主要包括：金属锆和硼直接反应法、碳化硼法、碳还原法、气相沉积法等。如硼化锆可由金属锆与碳化硼、氮化硼混合后在氩气流中加热至2000℃而制得，也可以以ZrO2、B4C、C为原料采用碳热还原法在通氮碳管炉中2000～2100℃温度下合成，或在真空电弧炉中合成。但目前这些方法制备的ZrB2粉体粒度大、纯度低、难以烧结，且高纯超细粉体难以大量工业化合成，限制了其广泛应用。ZrC/ZrB2复相陶瓷粉末具有ZrC和ZrB2的复合性能，可以结合两方面材料的优点，在非氧化物陶瓷、超硬合金和高强高导金属基复合材料中经常作为主要的强化相，受到广泛关注，对新的复相材料的发展具有重要意义。在复相陶瓷的传统制备工艺中，采用简单的粉体直接混合法，相均匀性比较差。综上可知，已有的碳化锆、硼化锆粉末制备技术都存在工艺复杂、成本较高、产品纯度低等缺陷，严重制约了其作为硬质强化粒子的性能效果，影响了有色金属材料的开发与应用，阻碍了我国粉末冶金工业的发展。此外，已有的碳化锆-硼化锆粉末制备技术都是单独制备一种粉体，然后再将二者混合，相均匀性差。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种ZrC/ZrB2复相陶瓷粉末，该ZrC/ZrB2复相陶瓷粉末粒径分布均匀、产品纯度高、复合化程度高。本专利技术的目的之二在于提供一种所述的ZrC/ZrB2复相陶瓷粉末的制备方法，该方法采用自蔓延高温合成法反应直接得到ZrC/ZrB2复相陶瓷粉末，工艺简单、节能高效。本专利技术的目的之三在于提供一种所述的ZrC/ZrB2复相陶瓷粉末在生产ZrC陶瓷粉末材料、ZrB2陶瓷粉末材料或ZrC/ZrB2复合陶瓷粉末材料中的用途。为了实现本专利技术第一个目的，特采用以下技术方案：一种ZrC/ZrB2复相陶瓷粉末，主要由以下质量百分比的原料通过自蔓延高温合成得到：A粉体0～20％和B粉体80～100％；所述A粉体为Al粉；所述B粉体为Zr粉和B4C粉的混合粉，其中Zr粉与B4C粉的摩尔比为3:1。优选地，在本专利技术提供的技术方案的基础上，上述ZrC/ZrB2复相陶瓷粉末主要由以下质量百分比的原料通过自蔓延高温合成得到：A粉体0～20％且不包括0和B粉体80～100％；所述A粉体为Al粉；所述B粉体为Zr粉和B4C粉的混合粉，其中Zr粉与B4C粉的摩尔比为3:1。优选地，在本专利技术提供的技术方案的基础上，上述ZrC/ZrB2复相陶瓷粉末由以下摩尔百分比的原料通过自蔓延高温合成得到：Zr粉75％和B4C粉25％。优选地，在本专利技术提供的技术方案的基础上，上述ZrC/ZrB2复相陶瓷粉末由以下质量百分比的原料通过自蔓延高温合成得到：Al粉10％和B粉体90％。优选地，在本专利技术提供的技术方案的基础上，上述ZrC/ZrB2复相陶瓷粉末由以下质量百分比的原料通过自蔓延高温合成得到：Al粉20％和B粉体80％。为了实现本专利技术第二个目的，特采用以下技术方案：一种所述的ZrC/ZrB2复相陶瓷粉末的制备方法，包括以下制备步骤：将由配方量的Zr粉、B4C粉以及任选地Al粉压制得到的生坯块在保护气氛下引燃，通过自蔓延高温合成反应得到ZrC/ZrB2复相陶瓷粉末。作为进一步改进，上述方法包括以下制备步骤：将由配方量的Zr粉、B4C粉以及任选地Al粉压制得到的生坯块放入抽真空并充有保护气体的反应室中，将生坯块引燃，通过自蔓延高温合成反应得到ZrC/ZrB2复相陶瓷粉末。优选地，所述保护气体为稀有气体或氮气。作为进一步改进，上述方法中引燃的方式为电弧点火引燃，引弧电流为70～75A，引燃生坯块后断电，然后通过自蔓延高温合成反应得到ZrC/ZrB2复相陶瓷粉末。优选地，上述ZrC/ZrB2复相陶瓷粉末典型的制备方法，包括以下制备步骤：(1)将原料Al粉、Zr粉和B4C粉在80～90℃下干燥4～6h；(2)按上述配方量称取步骤(1)的原料，球磨混合充分后在35～40MPa压力下压制成圆柱状生坯块；(3)将步骤(2)中的生坯块放入反应室，反应室抽真空并充满氩气进行保护，在引弧电流70～75A条件下通过电弧点火引燃生坯块后断电，生坯块自身发生自蔓延高温合成反应，反应后冷却得到ZrC/ZrB2复相陶瓷粉末。对于本专利技术的第三个目的，利用本专利技术方法制得的产物可直接作为碳化锆/硼化锆复相陶瓷粉末材料应用，也可萃洗掉其中的其他杂质后对碳化锆/硼化锆复相陶瓷粉末进行分离，从而获得单一的碳化锆或硼化锆陶瓷粉末来应用。与已有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：(1)本专利技术提供的ZrC/ZrB2复相陶瓷粉末以Al粉、Zr粉、B4C为原料，其中Al粉0～20wt.％、Zr粉和B4C粉共80～100wt.％，且Zr粉、B4C粉按Zr:B4C＝3:1的摩尔比进行配制，得到的ZrC/ZrB2复相陶瓷粉末粒径分布均匀、产品纯度和复合化程度较高。(2)上述ZrC/ZrB2复相陶瓷粉末的制备方法采用将配方量的Al粉、Zr粉和B4C粉压制成生坯块后在反应室中引燃，生坯块会在自身反应放出热量的高温加热下进行由下而上的自蔓延高温合成反应，反应完成后冷却得到ZrC/ZrB2复相陶瓷粉末，此制备工艺简单、高效节能，反应完全。(3)采用此方法制得的最终产物是膨松的、杂质少的ZrC粉、ZrB2粉陶瓷粉末复合物，可直接作为碳化锆、硼化锆复相陶瓷粉末材料应用，也可萃洗掉其中的杂质后对碳化锆、硼化锆复相陶瓷粉末进行分离，从而获得单一的碳化锆或硼化锆陶瓷粉末。本专利技术为碳化锆、硼化锆陶瓷粉末或二者的复合粉末生产提供了一种新的方法。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ZrC/ZrB2复相陶瓷粉末，其特征在于，主要由以下质量百分比的原料通过自蔓延高温合成得到：A粉体0～20％和B粉体80～100％；所述A粉体为Al粉；所述B粉体为Zr粉和B4C粉的混合粉，其中Zr粉与B4C粉的摩尔比为3:1。

【技术特征摘要】
1.一种ZrC/ZrB2复相陶瓷粉末，其特征在于，主要由以下质量百分比的原料通过自蔓延高温合成得到：A粉体0～20％和B粉体80～100％；所述A粉体为Al粉；所述B粉体为Zr粉和B4C粉的混合粉，其中Zr粉与B4C粉的摩尔比为3:1。2.按照权利要求1所述的ZrC/ZrB2复相陶瓷粉末，其特征在于，主要由以下质量百分比的原料通过自蔓延高温合成得到：A粉体0～20％且不包括0和B粉体80～100％；所述A粉体为Al粉；所述B粉体为Zr粉和B4C粉的混合粉，其中Zr粉与B4C粉的摩尔比为3:1。3.按照权利要求1所述的ZrC/ZrB2复相陶瓷粉末，其特征在于，由以下摩尔百分比的原料通过自蔓延高温合成得到：Zr粉75％和B4C粉25％。4.按照权利要求2所述的ZrC/ZrB2复相陶瓷粉末，其特征在于，由以下质量百分比的原料通过自蔓延高温合成得到：Al粉10％和B粉体90％，或，Al粉20％和B粉体80％。5.一种按照权利要求1-4任一项所述的ZrC/ZrB2复相陶瓷粉末的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：将由配方量的Zr粉、B4C粉以及任选地Al粉压制得到的生坯块在保护气氛下引燃，通过自蔓延高温合成反应得到ZrC/ZrB2复相陶瓷粉末。6.按照权利要求5所述的ZrC/ZrB2复相陶瓷粉末的制备方法，其特征在于，包括以下制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋谋胜，张杰，李勇，张东方，
申请(专利权)人：铜仁学院，
类型：发明
国别省市：贵州;52