燃烧合成法制备氮化铝/氮化硼复合陶瓷的方法技术

燃烧合成法制备氮化铝/氮化硼复合陶瓷的方法，它涉及一种制备复合陶瓷的方法。本发明专利技术解决了现有制备氮化铝/氮化硼复合陶瓷的方法能耗高、生产周期长、生产效率低的问题。本发明专利技术方法如下：将干燥后的原料在混料罐中球磨得到粉末，然后将粉末压制成毛坯，再将毛坯放入高压反应器中，充入氮气、点火，发生自蔓延燃烧反应，自蔓延燃烧反应结束，即得氮化铝/氮化硼复合陶瓷。本发明专利技术方法利用原料的化学能，节约大量的能源，合成氮化铝/氮化硼复合陶瓷的反应过程只需几分钟，提高了生产效率。采用本发明专利技术方法所得氮化铝/氮化硼复合陶瓷的抗弯强度为60MPa~800MPa，断裂韧性为2MPam-1/2~9MPam-1/2。

Method for preparing aluminium nitride / boron nitride composite ceramic by combustion synthesis method

The invention relates to a method for preparing aluminum nitride / boron nitride composite ceramic by combustion synthesis method, which relates to a method for preparing composite ceramics. The invention solves the problems of high energy consumption, long production cycle and low production efficiency of the existing method for preparing aluminum nitride / boron nitride composite ceramics. The method comprises the following steps: the raw material after drying in the ball milling tank in powder, and then the powder is pressed into a blank, the blank in high pressure reactor, filled with nitrogen, ignition, self propagating combustion reaction, combustion reaction is finished, the aluminum nitride / boron nitride composite ceramics. The method of the invention utilizes the chemical energy of the raw material to save a great deal of energy, and the reaction process of synthesizing the aluminum nitride / boron nitride composite ceramic takes only a few minutes, thereby improving the production efficiency. The flexural strength of the AlN / BN composite ceramics obtained by the method of the invention is 60MPa~800MPa, and the fracture toughness is 2MPam-1/2~9MPam-1/2.

【技术实现步骤摘要】
燃烧合成法制备氮化铝/氮化硼复合陶瓷的方法
本专利技术涉及一种制备复合陶瓷的方法。
技术介绍
目前热压烧结法制备氮化铝/氮化硼复合陶瓷的方法需要较长的加热及冷却时间(一般为几小时甚至几十小时)，而且需要后续加工，使得这种方法的生产效率较低，并且耗能。将硼酸、尿素和氮化铝混合粉还原氮化后获得BN包裹部分AlN的复合粉末，再将复合粉末经烧结制得AlN-BN复合陶瓷材料的方法，由于在复合粉末的加工过程中引人了较多的氧杂质，从而降低了AlN-BN复合陶瓷的性能。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是为了解决现有制备氮化铝/氮化硼复合陶瓷的方法能耗高、生产周期长、生产效率低的问题，提供了一种燃烧合成法制备氮化铝/氮化硼复合陶瓷的方法。本专利技术燃烧合成法制备氮化铝/氮化硼复合陶瓷的方法如下：一、将原料a及原料b分别在真空度小于10-3atm、温度为80℃～120℃条件下干燥10～20小时，然后将0～100重量份原料a和0～100重量份原料b放入混料罐中球磨20小时～25小时，得到粉末，其中原料a和原料b的重量份数均不为0份；二、将粉末压制成孔隙率为35％～45％的毛坯；三、将步骤二所得的毛坯放入高压反应器中，充入氮气至高压反应器中的压力为30MPa～200MPa，然后在毛坯上表面中心点火，发生自蔓延燃烧反应，自蔓延燃烧反应结束，即得氮化铝/氮化硼复合陶瓷；步骤一中所述原料a由TiB2、TiN、TiCN、TiC、ZrB2、ZrC、NbC、NbN、TaN及TaC中的一种或几种与铝粉组成，原料a中铝粉的重量百分比为20％～80％；步骤一中所述原料b由硅粉和钛粉混合物、钛粉及硅粉中的一种与碳化硼组成，原料b中碳化硼的摩尔百分比为50％。本专利技术方法还可以在步骤一中将原料a、原料b及稀释剂分别在真空度小于10-3atm、温度为80℃～120℃条件下干燥10小时～20小时，然后将经过干燥的原料a、原料b和稀释剂放入混料罐球磨20小时～25小时，得到混合粉末；步骤一中原料a的重量份数为0～100份，原料b重量份数为0～100份，稀释剂重量份数为0～70份，原料a、原料b及稀释剂重量份数均不为0份；步骤一中所述的稀释剂为陶瓷类稀释剂或金属类稀释剂；所述的金属类稀释剂是Ni、W、Cr、Co、Fe、Cu、V、Pd、Ir、Rh、Re、Os、Ru、Hf及Ta中的一种或几种的组合；所述的陶瓷类稀释剂为BN、AlN、SiC、HfC、C、ZrC、TiC、B4C、Si3N4、MoSi2、Al2O3、ZrO2、CaO、MgO、SiO2、Y2O3、钛酸铝、莫莱石及TiO2中的一种或几种的组合；所述的陶瓷类稀释剂C为无定形碳、石墨、金刚石、碳纤维、碳纳米管或巴基球。本专利技术制备氮化铝/氮化硼复合陶瓷的方法所利用的化学反应如下：x(Al+yTiB2)+B4C+Si+(2+0.5x)N2＝x(AlN+yTiB2)+4BN+SiC式中通过控制x，来控制氮化铝/氮化硼复合陶瓷中氮化铝相的含量。本专利技术方法利用原料的化学能，只需很小的能量点火后即可完成反应，从而节约大量的能源，并降低产品的成本，而且合成氮化铝/氮化硼复合陶瓷的反应过程只需几分钟，提高了生产效率，燃烧合成氮化铝/氮化硼复合陶瓷过程中的高温(温度可达2000℃～4000℃)有利于杂质的挥发，因而采用本专利技术方法得到的氮化铝/氮化硼复合陶瓷的纯度很高，性能优良。燃烧合成氮化铝/氮化硼复合陶瓷过程中所产生的高温，使二硼化钛与铝液具有良好的润湿性，一方面可强化液相烧结作用，提高氮化铝/氮化硼复合陶瓷的致密度，另一方面可提高铝的反应速率，提高氮化铝/氮化硼复合陶瓷的转化率。其他一些物质也具有与二硼化钛相似的特性，在高温下与铝液具有良好的润湿性，如TiN、TiCN、TiC、ZrB2、ZrC、NbC、NbN、TaN及TaC。采用本专利技术方法所得氮化铝/氮化硼复合陶瓷的抗弯强度为60MPa～800MPa，断裂韧性为2MPam-1/2～9MPam-1/2。具体实施方式本专利技术技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。具体实施方式一：本实施方式中燃烧合成法制备氮化铝/氮化硼复合陶瓷的方法如下：一、将原料a及原料b分别在真空度小于10-3atm、温度为80℃～120℃条件下干燥10～20小时，然后将0～100重量份原料a和0～100重量份原料b放入混料罐中球磨20小时～25小时，得到粉末，其中原料a和原料b的重量份数均不为0份；二、将粉末压制成孔隙率为35％～45％的毛坯；三、将步骤二所得的毛坯放入高压反应器中，充入氮气至高压反应器中的压力为30MPa～200MPa，然后在毛坯上表面中心点火，发生自蔓延燃烧反应，自蔓延燃烧反应结束，即得氮化铝/氮化硼复合陶瓷；步骤一中所述原料a由TiB2、TiN、TiCN、TiC、ZrB2、ZrC、NbC、NbN、TaN及TaC中的一种或几种与铝粉组成，原料a中铝粉的重量百分比为20％～80％；步骤一中所述原料b由钛粉或硅粉与碳化硼组成，原料b中碳化硼的摩尔百分比为50％。本实施方式所得氮化铝/氮化硼复合陶瓷的抗弯强度为60MPa～400MPa，断裂韧性为2MPam-1/2～5MPam-1/2。本文档来自技高网...

【技术保护点】
燃烧合成法制备氮化铝/氮化硼复合陶瓷的方法，其特征在于燃烧合成法制备氮化铝/氮化硼复合陶瓷的方法如下：一、将原料a及原料b分别在真空度小于10

【技术特征摘要】
1.燃烧合成法制备氮化铝/氮化硼复合陶瓷的方法，其特征在于燃烧合成法制备氮化铝/氮化硼复合陶瓷的方法如下：一、将原料a及原料b分别在真空度小于10-3atm、温度为80℃～120℃条件下干燥10～20小时，然后将0～100重量份原料a和0～100重量份原料b放入混料罐中球磨20小时～25小时，得到粉末，其中原料a和原料b的重量份数均不为0份；二、将粉末压制成孔隙率为35％～45％的毛坯；三、将步骤二所得的毛坯放入高压反应器中，充入氮气至高压反应器中的压力为30MPa～200MPa，然后在毛坯上表面中心点火，发生自蔓延燃烧反应，自蔓延燃烧反应结束，即得氮化铝/氮化硼复合陶瓷；步骤一中所述原料a由TiB2、TiN、TiCN、TiC、ZrB2、ZrC、NbC、NbN、TaN及TaC中的一种或几种与铝粉组成，原料a中铝粉的重量百分比为20％～80％；步骤一中所述原料b由硅粉和钛粉混合物、钛粉及硅粉中的一种与碳化硼组成，原料b中碳化硼的摩尔百分比为50％。2.权利要求1所述的燃烧合成法制备氮化铝/氮化硼复合陶瓷的方法，其特征在于步骤一中将原料a、原料b及稀释剂分别在真空度小于10-3atm、温度为80℃～120℃条件下干燥10...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文川，
申请(专利权)人：雅安百图高新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51