【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及陶瓷，尤其涉及一种预应力强化复合陶瓷。本专利技术还涉及陶瓷生产，尤其涉及一种预应力强化复合陶瓷的生产工艺。
技术介绍
1、碳化硼陶瓷作为一种强共价键化合物，具有优良的力学性能、抗氧化性抗磨损性以及低的摩擦系数等，此外它热稳定性好、高温强度高、热膨胀系数小、热导率大以及抗热震和耐化学腐蚀性好等优良特性受到了许多行业的青睐，在航空航天、国防、化工、电子、机械制造等领域得到广泛应用，具体如高温炉具、切割工具、防护装备和电子元件等。
2、但碳化硼的致命弱点是其韧性较低，在破坏载荷下容易龟裂，容易出现防御失效的问题。为改善这一问题，通常情况下，碳化硼陶瓷会与其他材料进行复合形成复合陶瓷。以申请号为202210702707.1、专利技术名称为基于高韧性异质界面层的轻质防弹抗爆多相复合装甲材料的专利技术专利申请为例，其通过设置碳纤维复合材料止裂层(1)，保障冲击损伤区域稳定，控制损伤面积。
3、然而，通过简单地复合其他材料层一般只能实现不同材料层的强度叠加，这种情况下，事实上并没有增加碳化硼陶瓷自身强度，而只能选择具有一定强度的材料或增加材料的厚度以提高强度，这必将带来经济效益的下滑。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是提出一种预应力强化复合陶瓷，与常规碳化硼陶瓷相比，该复合陶瓷自身强度可以有效提升，可显著提高经济效益。本专利技术同时提出该复合陶瓷的生产工艺。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提出一种预应力
3、本专利技术的启发来源于钢化玻璃的制造过程。在玻璃的钢化过程中，先将玻璃加热，加热过程中玻璃受热膨胀，再进行迅速冷却，此时玻璃则会向内收缩，从而在玻璃表面形成压应力，而内部温度较高则会形成张应力。该过程有点类似于钢材的淬火工艺。本专利技术则主要利用碳化硅与碳化硼不同热膨胀系数，以达到类似的原理和效果：由于碳化硅的热膨胀系数低于碳化硼，在烧结以及冷却过程中，碳化硼与碳化硅的膨胀以及收缩量不同，从而形成了预应力，以抵消碳化硼陶瓷受到外力断裂时产生的一部分拉应力，从而提高了复合陶瓷的自身强度。
4、进一步的，碳化硅涂层的厚度为5-100μm。如果碳化硅涂层的厚度太薄，碳化硅涂层自身无法抵抗碳化硼作用的预应力，导致碳化硅涂层在冷却过程中就发生开裂；而如果碳化硅涂层的厚度太厚，则碳化硼作用的预应力无法传递到整个碳化硅涂层，失去强化意义。因此，经过评估测试，优选碳化硅涂层的厚度为5-100μm。
5、进一步的，碳化硼陶瓷坯体中碳化硼的粒度为w0.5-w1.5，碳化硅涂层中碳化硅的粒度为w0.5。在条件相同的情况下，粒度越小，约容易烧结致密；但是粒度越小，粉体内的杂质也越多。综合考虑，对于碳化硼陶瓷坯体选择w0.5-1.5的粉体，在保证易制备的前提下，也能保证产品的性能，而碳化硅涂层需要承受额外预应力，需要更高的致密性，因此选择较小的粒度w0.5。同时碳化硅涂层不经过排胶过程(粘接剂需要保证碳化硅涂层与碳化硼陶瓷坯体的粘结)，致密性有所影响，因此也需要选择较小的粒度。
6、本专利技术还提供上述预应力强化复合陶瓷的生产工艺，用于生产强化复合陶瓷，其特征在于：包括如下步骤：
7、(1)制备碳化硼陶瓷坯体：取碳化硼粉体，加入烧结助剂以及粘结剂，经湿法球磨、喷雾造粒、陈腐、成型工序后置于真空炉内进行排胶固化处理，制得碳化硼陶瓷坯体；
8、(2)制备碳化硅涂层浆料：取碳化硅粉体，加入烧结助剂以及粘结剂，进行湿法球磨混合后，制得均匀的碳化硅涂层浆料；
9、(3)涂层：将碳化硅涂层浆料均匀喷涂于所述碳化硼陶瓷坯体表面，形成碳化硅涂层，并在15-30℃的室温环境中自然晾干；
10、(4)烧结：对步骤(3)处理后的碳化硼陶瓷坯体进行真空无压烧结，烧结温度为2070-2200℃，升温速率为2-5℃/min，保温时间为60-240min，自然冷却。
11、进一步的，步骤(1)以及步骤(2)中的湿法球磨采用的液体为去离子水。去离子水可以有效减少陶瓷原料颗粒与水分子之间发生的可逆反应，虽然一定程度上不利于陶瓷原料颗粒裂纹的生成及扩张，但有利于保证预应力强化复合陶瓷在后续烧结、冷却过程中减少开裂失效。
12、进一步的，步骤(1)中去离子水的加入量为固体重量的0.5-2倍，步骤(2)中去离子水的加入量为固体重量的0.5-0.8倍。该比例的去离子水可以有效平衡水的助磨效率以及复合陶瓷强度保证。
13、进一步的，烧结助剂为氧化铝与氧化钇中的一种或两者皆有，粘结剂为pva溶液、pvp溶液以及cmc溶液中的一种。碳化硼、碳化硅烧结难度较大，可以通过烧结助剂来适当降低烧结温度，促进陶瓷致密化。粘结剂的作用则是为了将陶瓷粉末有效地粘结在一起。
14、进一步的，步骤(1)中加入的烧结助剂的质量比为0.5-5wt％，步骤(1)中加入的粘结剂的质量比为2-5wt％，步骤(2)中加入的烧结助剂的质量比为0.5-5wt％，步骤(2)中加入的碳化硅涂层中的粘结剂的质量比为2-10wt％。同样基于预应力的考虑，需要加强碳化硅涂层与碳化硼陶瓷坯体粘结强度，因此在碳化硅涂层中的粘结剂的质量比适当调高，以确保预应力的传递，避免强碳化硅涂层与碳化硼陶瓷坯体分裂。
15、进一步的，步骤(1)中排胶固化处理的温度为600-1200℃。
16、综上，这样的预应力强化复合陶瓷，与常规碳化硼陶瓷相比，该复合陶瓷自身强度可以有效提升，可显著提高经济效益。同时相应的生产工艺简单，成本可控。
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1.一种预应力强化复合陶瓷，包括碳化硼陶瓷坯体，其特征在于：所述碳化硼陶瓷坯体的表面附着碳化硅涂层，所述碳化硼陶瓷坯体以及碳化硅涂层经过共同的烧结以及冷却过程。
2.根据权利要求1所述的预应力强化复合陶瓷，其特征在于：所述碳化硅涂层的厚度为5-100μm。
3.根据权利要求2所述的预应力强化复合陶瓷，其特征在于：所述碳化硼陶瓷坯体中碳化硼的粒度为W0.5-W1.5，所述碳化硅涂层中碳化硅的粒度为W0.5。
4.一种预应力强化复合陶瓷的生产工艺，用于生产如权利要求1-3所述的预应力强化复合陶瓷，其特征在于：包括如下步骤：
5.按照权利要求4所述的预应力强化复合陶瓷的生产工艺，其特征在于：所述步骤(1)以及步骤(2)中的湿法球磨采用的液体为去离子水。
6.按照权利要求5所述的预应力强化复合陶瓷的生产工艺，其特征在于：所述步骤(1)中去离子水的加入量为固体重量的0.5-2倍，所述步骤(2)中去离子水的加入量为固体重量的0.5-0.8倍。
7.根据权利要求4所述的预应力强化复合陶瓷的生产工艺，其特征在于：所述烧结助剂
8.根据权利要求7所述的预应力强化复合陶瓷的生产工艺，其特征在于：所述步骤(1)中加入的烧结助剂的质量比为0.5-5wt％，所述步骤(1)中加入的粘结剂的质量比为2-5wt％，所述步骤(2)中加入的烧结助剂的质量比为0.5-5wt％，所述步骤(2)中加入的碳化硅涂层中的粘结剂的质量比为2-10wt％。
9.按照权利要求4所述的预应力强化复合陶瓷的生产工艺，其特征在于：所述步骤(1)中排胶固化处理的温度为600-1200℃。
...【技术特征摘要】
1.一种预应力强化复合陶瓷，包括碳化硼陶瓷坯体，其特征在于：所述碳化硼陶瓷坯体的表面附着碳化硅涂层，所述碳化硼陶瓷坯体以及碳化硅涂层经过共同的烧结以及冷却过程。
2.根据权利要求1所述的预应力强化复合陶瓷，其特征在于：所述碳化硅涂层的厚度为5-100μm。
3.根据权利要求2所述的预应力强化复合陶瓷，其特征在于：所述碳化硼陶瓷坯体中碳化硼的粒度为w0.5-w1.5，所述碳化硅涂层中碳化硅的粒度为w0.5。
4.一种预应力强化复合陶瓷的生产工艺，用于生产如权利要求1-3所述的预应力强化复合陶瓷，其特征在于：包括如下步骤：
5.按照权利要求4所述的预应力强化复合陶瓷的生产工艺，其特征在于：所述步骤(1)以及步骤(2)中的湿法球磨采用的液体为去离子水。
6.按照权利要求5所述的预应力强化复合陶瓷的生产工艺，...
【专利技术属性】
技术研发人员：李华坚，张学稳，张天峰，冯晓霞，余涛，
申请(专利权)人：兰溪泛翌精细陶瓷有限公司，
类型：发明
国别省市：
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