专利名称：一种高强度抗氧化碳化锆陶瓷材料及其制备方法碳化锆陶瓷(ZrC)具有高熔点、高弹性模量、抗辐照等优异的综合性能，在航空、航天、核工业等领域具有广泛的应用前景。然而，作为高温结构材料，其抗氧化性较差和强度低的缺点限制了它的广泛应用。特别是第四代高温核反应堆对新型抗辐照材料提出了耐高温、抗氧化、抗辐照的要求，要求碳化锆陶瓷既具有高的强度和高温抗氧化性，又具有优异的抗辐照性能。碳化锆陶瓷由于难以烧结，其强度和韧性均比较低，通常强度只有150MPa左右，为了提高碳化锆陶瓷的室温和高温性能，国内外开展大量的研究工作。文献I(ScriptaMater.，59:638-641 (2008))提供了一种在碳化锆陶瓷中加入MoSi2提高烧结活性、降低烧结温度的方法，由于ZrC陶瓷的平均晶粒尺寸减小，使碳化锆陶瓷的室温强度和韧性得到改善，但由于MoSi2的熔点低(2030°C)和高温抗蠕变性较差，因此高温力学性能未得到提高。文献2(J. Mater. Sc1.，39 :6057-6066 (2004))采用前驱体裂解的碳化锆粉末为原料，在1700-1950°C、40MPa压力下热压烧结2小时制备出接近理论密度的体材料，但高温抗氧化性未得到改善。文献 3(Metallography，6，433-438(1973))提供了一种用电弧熔化制备碳化锆和掺杂硼的碳化锆的方法，所得到的材料致密度高，掺杂硼的碳化锆的抗氧化性有所提高，但由于晶粒粗大，强度较低。文献4(J. Mater. Sc1. 43:6414-6421 (2008))提供了一种用放电等离子体烧结制备碳化锆陶瓷的方法，虽然强度和韧性得到改善，但高温抗氧化性未得到提高。到目前为止，还没有一种既可以提高碳化锆陶瓷的室温和高温强度，又可以提高碳化锆陶瓷的高温抗氧化性的方法。
本发明的目的是为了提出一种高强度抗氧化碳化锆陶瓷材料及其制备方法，该方法制备的碳化锆陶瓷材料具有室温强度高、高温强度高、高温弹性模量高和高温抗氧化性好的优点。本发明的目的是通过以下技术方案实现的。本发明的一种高强度抗氧化碳化锆陶瓷材料，该碳化锆陶瓷材料包括基体和掺杂组元，掺杂组元的摩尔数占基体摩尔数的1°/Tl5% ；所述的基体为碳化锆(ZrC)陶瓷；所述的掺杂组元为钨(W)、铌(Nb)、碳化钨(WC)、碳化铌(NbC)或其混合物；所述的掺杂组元的纯度不小于99%，粒径为小于300目；本发明的一种高强度抗氧化碳化锆陶瓷材料的制备方法，具体步骤为将基体和掺杂组元混合后，烘干，然后在氩气保护下进行热压烧结，得到高强度抗氧化碳化锆陶瓷材料；所述的混合是在行星式球磨机中进行的湿法混合，混合时间为20-30h，混合介质为乙醇，磨球为碳化钨球。所述的烘干时在真空烘箱中进行的，烘干温度为40_70°C ；所述的热压烧结时所使用的模具为石墨模具，热压烧结温度为1700-2000°C，热压烧结时间为l 4h，热压烧结压力为2(T40 MPa。有益效果本发明的方法制备的碳化锆陶瓷材料具有高的致密度、优异的室温和高温力学性能以及良好的高温抗氧化性。根据掺杂组元含量的不同，该方法得到的碳化锆陶瓷，室温弯曲强度> 400 MPa,最高可达420 MPa,高温1200°C的弹性模量彡300 GPa，高温1200°C的弹性模量彡275GPa。未掺杂的碳化锆陶瓷的弯曲强度为150_400MPa，高温1200°C的弹性模量为270GPa, 12000C以上强度和高温弹性模量低。此外，上述方法得到的碳化锆陶瓷材料在空气中氧化结束的温度比未掺杂的碳化锆陶瓷提高了 200°C。通过对比可见本发明制备的碳化锆陶瓷材料具有优异的室温、高温力学性能和良好的高温抗氧化性。图1为实施例1得到的碳化钨掺杂碳化锆陶瓷的X-射线衍射谱； 图2为掺杂WC含量对碳化锆陶瓷致密度的影响；图3为掺杂NbC含量对碳化锆陶瓷致密度的影响。实施例8将100摩尔的碳化锆粉与10摩尔的碳化铌均匀混合，在行星式球磨机上球磨24小时，球磨介质为乙醇，磨球为碳化钨球，球磨后粉末在真空烘箱中烘干，烘干温度为50°C。干燥后的粉末置入Φ60_的石墨模具中，反应热压烧结在流动氩气保护下进行，热压温度为1900°C，压力为40 MPa，保压时间为90分钟，得到碳化铌掺杂碳化锆陶瓷，得到的碳化铌掺杂碳化锆陶瓷的相对密 度为98%，如图3所示，其中碳化锆基体的相对密度为94%。


本发明涉及一种高强度抗氧化碳化锆陶瓷材料及其制备方法，属于陶瓷材料技术领域。该碳化锆陶瓷材料包括基体和掺杂组元，掺杂组元的摩尔数占基体摩尔数的1%~15%；所述的基体为碳化锆陶瓷；所述的掺杂组元为钨、铌、碳化钨、碳化铌或其混合物。本发明的方法制备的碳化锆陶瓷材料室温弯曲强度≥400 MPa，最高可达420 MPa， 高温1200oC的弹性模量≥300 GPa，高温1200oC的弹性模量≥275 GPa。此外，上述方法得到的碳化锆陶瓷材料在空气中氧化结束的温度比未掺杂的碳化锆陶瓷提高了200oC。