一种利用烧结助剂间原位反应致密二硼化钛材料的方法

摘要

本发明属于结构陶瓷领域，具体为一种利用烧结助剂间原位反应致密二硼化钛材料的方法。利用在低温下可以发生反应的Ti﹑Al和BN混合粉体做为烧结助剂,在较低温度下（1250℃～1550℃）得到相对密度大于98%的TiB₂陶瓷，同时该材料还具有高强度﹑高硬度﹑高弹性模量等特点。另外，Ti﹑Al和BN等烧结助剂间原位反应及与TiB₂表面的无定形氧化物反应的最终产物为TiB₂，TiN，Ti₂AlN，Al₅O₆N等，除TiB₂外，其余各项同样具有较高的熔点和化学稳定性，使TiB₂陶瓷成为一种潜在的高温结构材料。

主权项

一种利用烧结助剂间原位反应致密二硼化钛材料的方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)原料组成及成分范围：烧结助剂由Ti粉，Al粉和BN粉混合而成，其中Ti：Al：BN的摩尔比为(3.5～5.5)：(1.5～2.5)：(1.5～2.5)，TiB₂粉与烧结助剂的质量比为(9.5～7)：(0.5～3)；(2)制备工艺：将烧结助剂钛粉、铝粉和氮化硼粉混合为原料粉，原料粉经物理机械方法混合8～24小时，烘干过筛，再将TiB₂粉与烧结助剂经物理方法混合8～24小时，烘干后过筛；然后将混合好的粉体装入石墨模具中冷压成型，施加的压强为10MPa～20MPa，在通有惰性气体保护气氛下烧结，升温速率为10～100℃/分钟，烧结温度为1250℃～1550℃、烧结时间为10分钟～2小时、烧结压强为20MPa～40MPa；当烧结助剂的质量分数≤10％时，二硼化钛材料由二硼化钛和氮化钛及铝氧氮组成；当烧结助剂的质量分数＞10％且≤30％时，二硼化钛材料由二硼化钛和氮化钛及铝氮化钛组成；当烧结助剂的质量分数≤10％时，二硼化钛占90～95wt％，氮化钛占3～6wt％，铝氧氮占2～4wt％；当烧结助剂的质量分数＞10％且≤30％时，二硼化钛占72～90wt％，氮化钛占6～12wt％，铝氮化钛占1～16wt％；二硼化钛材料的致密度在98％以上；二硼化钛材料的性能指标为：弯曲强度890±35MPa，硬度25.1±0.7GPa，弹性模量560±10GPa，断裂韧性$\pm 0.1\mathrm{MPa}·\sqrt{m}.$