碳化硼陶瓷加助剂真空无压烧结

碳化硼陶瓷材料具有许多优良的性能,如:高熔点(2450℃)、超高硬度(HV>30GPa)、密度小(2.51g/cm³)、高模量、耐磨性好、抗氧化性、耐酸碱性强以及良好的中子吸收能力,而且在高温下具有较大的抗拉强度,常被应用于防弹、核能、军事、能源等领域。但是碳化硼陶瓷断裂韧性很低,共价键含量高达94%,因此是一种极难烧结的陶瓷材料。

较为成熟的制备高致密度碳化硼的工艺是热压烧结法,也有将热等静压法、微波烧结、反应烧结、无压烧结或放电等离子烧结等技术用于碳化硼烧结。其中无压烧结B4C陶瓷由于制备工艺简单、产品性能优越以及成本低廉而受到广泛的重视。可以采用适宜粒度的碳化硼超细粉,添加少量成型和烧结助剂。之后经注浆成型工艺和无压烧结能制备出相对密度为96%~97%的B4C陶瓷制品,可以降低碳化硼陶瓷的致密化烧结温度。

工艺流程

选用碳化硼微粉,以SiC和C为烧结助剂,在真空条件下进行无压烧结。烧结助剂碳质量分数为5%,碳化硅质量分数为6%。随着烧结温度从1925℃升高到2000℃,无压烧结B4C陶瓷复合材料的体积密度和抗折强度均呈现出先增加后减小的趋势,硬度呈现增加的趋势,而断裂韧性则呈现出减小的趋势。当烧结温度为1975℃时,材料表现出最佳的力学性能:体积密度为2.45g/cm³,维氏硬度为35GPa,抗折强度为240MPa,断裂韧性为3.0 MPa。

通过多次工艺实验可以得知以下几点:

1)无压烧结BaC陶瓷材料的最佳烧结工艺为1975℃保温30min。

2)烧结助剂SiC和C的添加量对材料密度、硬度和抗折强度的影响都是先增大后减小,材料的断裂韧性随着C质量分数的增加而增加,随着SiC质量分数的增加先降低,在SiC质量分数高于6%后略有提高。

3)当烧结助剂SiC和C的添加量分别为6%和5%时,得到的无压烧结BAC陶瓷材料的最佳力学性能:体积密度为2.45g/cm³,维氏硬度为35 GPa,抗折强度为240 MPa,断裂韧性为3.0 MPa。

烧结设备选择:无压烧结为制作碳化硅陶瓷的关键环节,这一环节的加工效果将直接决定成品的质量,因此碳化硅烧结炉这一设备的选择就十分重要。

SIMUWU公司生产的RVS-S系列无压碳化硅烧结炉可以很好的满足碳化硅无压烧结的需要,可以最高加热到2400摄氏度且具有良好的温度均匀性和真空度。

SIMUWU在真空炉领域有着十多年的销售和制造经验,可以有效地满足客户的不同工艺需求,成熟的工程师团队可以帮助生产者完成从安装到售后的一系列需要。在碳化硅烧结这一领域,有不少工厂选择了这一品牌,其技术成熟且可靠,是无压碳化硅烧结炉领域的杰出品牌。