一种陶瓷基复合材料及其制备方法和应用

本发明涉及陶瓷材料，尤其涉及一种陶瓷基复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、复相陶瓷材料拥有良好的耐热性能和抗高温氧化性能，是备受关注的航空航天发动机和燃气轮机高温部件的候选材料，良好的复相陶瓷材料能在1600℃下长期工作，目前广泛使用的zrb2-sic复相陶瓷材料在高于1600℃氧化时，表层保护性的硼硅酸盐玻璃蒸发，材料氧化加剧，因此无法满足实际使用的需要，所以研究工作者便发现很有必要找到其他方法来满足进一步的需求，而其中一种方法便是寻找一种相，使其复合到zrb2-sic复相陶瓷材料中，以提高其性能。为了解决上述技术问题，目前通常是在所述zrb2-sic复相陶瓷材料中复合tasi，而tasi的复合在氧化时生成熔点较低的ta2o5，使其抗氧化性能较差。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种陶瓷基复合材料及其制备方法和应用。所述陶瓷基复合材料具有超过97％的致密度。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种陶瓷基复合材料，制备原料包括zrb2、sic和层状结构物质；

4、所述层状结构物质为max或mab；

5、其中，m为过渡金属元素，a为第三主族或第四主族元素，x为c或n。

6、优选的，所述陶瓷基复合材料的组织密度≥97.0％。

7、优选的，所述m为ti、cr、sc、mo或ta；

8、所述a为al、si、cd或pb。

9、优选的，所述zrb2、sic和层状结构物质的体积比为(60～68)：30：(2～10)。

10、本发明还提供了上述技术方案所述陶瓷基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

11、将zrb2、sic和层状结构物质混合后，进行湿法球磨，得到复相陶瓷粉体；

12、将所述复相陶瓷粉体进行烧结，得到所述陶瓷基复合材料。

13、优选的，所述湿法球磨的球料比为(4～5)：1，转速为200～500rpm，时间为4～6h。

14、优选的，所述zrb2、sic和层状结构物质的粒径独立的为1～3微米。

15、优选的，所述烧结的方式为放电等离子体烧结。

16、优选的，所述放电等离子体烧结的温度为1700～1900℃，保温时间为8～15min，升温速率为50～100℃/min，压力为30～45mpa。

17、本发明还提供了上述技术方案所述陶瓷基复合材料或上述技术方案所述的制备方法制备得到的陶瓷基复合材料在航空航天发动机和燃气轮机高温部件中的应用。

18、本发明提供了一种陶瓷基复合材料，制备原料包括zrb2、sic和层状结构物质；所述层状结构物质为max或mab；其中，m为过渡金属元素，a为第三主族或第四主族元素，x为c或n。本发明首次提出在传统zrb2-sic陶瓷中复合层状结构的max或mab，所述max或mab由于其特定结构以及良好的抗氧化性，因此将max或mab复合到zrb2-sic复相陶瓷材料中，材料氧化时，氧气可以通过孔隙等通道进入，使材料氧化加剧，有些层状结构的max或mab在加热过程分解，比如moalb分解为mob和液态al，冷却过程再次形成moalb(惰性或真空环境，该环境与sps相符合)，而mob相作为zrb2晶界的钉扎中心抑制zrb2晶粒粗化的同时增强界面结合强度，促进致密化可以提高材料的致密度；

19、本发明还提供了上述技术方案所述陶瓷基复合材料的制备方法，包括以下步骤：将zrb2、sic和层状结构物质混合后，进行湿法球磨，得到复相陶瓷粉体；将所述复相陶瓷粉体进行烧结，得到所述陶瓷基复合材料。本发明采用上述制备方法简单，成本低，制备得到的目标产物组织结构可控，致密度高。

技术特征：

1.一种陶瓷基复合材料，其特征在于，制备原料包括zrb2、sic和层状结构物质；

2.如权利要求1所述的陶瓷基复合材料，其特征在于，所述陶瓷基复合材料的组织密度≥97.0％。

3.如权利要求1所述的陶瓷基复合材料，其特征在于，所述m为ti、cr、sc、mo或ta；

4.如权利要求1～3任一项所述的陶瓷基复合材料，其特征在于，所述zrb2、sic和层状结构物质的体积比为(60～68)：30：(2～10)。

5.权利要求1～4任一项所述陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述湿法球磨的球料比为(4～5)：1，转速为200～500rpm，时间为4～6h。

7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述zrb2、sic和层状结构物质的粒径独立的为1～3微米。

8.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述烧结的方式为放电等离子体烧结。

9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述放电等离子体烧结的温度为1700～1900℃，保温时间为8～15min，升温速率为50～100℃/min，压力为30～45mpa。

10.权利要求1～4任一项所述陶瓷基复合材料或权利要求5～9任一项所述的制备方法制备得到的陶瓷基复合材料在航空航天发动机和燃气轮机高温部件中的应用。

技术总结
本发明涉及陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种陶瓷基复合材料及其制备方法和应用。本发明提供了一种陶瓷基复合材料，包括ZrB<subgt;2</subgt;、SiC和层状结构物质；所述层状结构物质为MAX或MAB；M为过渡金属元素，A为第三主族或第四主族元素，X为C或N。本发明首次提出在传统ZrB<subgt;2</subgt;‑SiC陶瓷中复合层状结构的MAX或MAB，所述MAX或MAB由于其特结构以及良好的抗氧化性，因此可以期待将层状结构物质复合到ZrB<subgt;2</subgt;‑SiC复相陶瓷材料中，可以提高材料的致密度。

技术研发人员：刘玲,柳彦博,马壮,许雅霜
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11