ZnO塗覆的陶瓷相增強鋁基或鎂基複合材料及其製備方法
2023-05-15 23:50:06
專利名稱：ZnO塗覆的陶瓷相增強鋁基或鎂基複合材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種陶瓷相增強鋁基或鎂基複合材料及其製備方法。
背景技術：
現有複合材料中陶瓷相和基體的浸潤性差，界面結合強度低，而且陶瓷相和基體中的元素發生反應，不僅損傷陶瓷相，還在界面形成脆性的尖晶石相，影響複合材料的力學性能。
發明內容
本發明的目的是為了解決現有複合材料中陶瓷相和基體的浸潤性差，界面結合強度低，影響複合材料力學性能的問題，今提供一種ZnO塗覆的陶瓷相增強鋁基或鎂基複合材料及其製備方法。ZnO塗覆的陶瓷相增強鋁基或鎂基複合材料由ZnO、陶瓷相和鋁基或鎂基三種原料製成；其中ZnO的質量是陶瓷相質量的2～30％，ZnO和陶瓷相的體積佔三種原料體積的15～40％，其餘體積為鋁基或鎂基。其製備方法通過以下步驟實現(一)將陶瓷相加入到ZnO的溶膠中攪拌至粘稠，其中ZnO的質量是陶瓷相質量的2～30％；(二)溶膠在450～600℃下焙燒1～2h，然後用水分散、烘乾、製成ZnO塗覆的陶瓷相；(三)將ZnO塗覆的陶瓷相製成預製塊，並在600～750℃下焙燒1～2h；(四)擠壓鑄造，即得到ZnO塗覆的陶瓷相增強鋁基或鎂基複合材料，其中ZnO塗覆的陶瓷相的體積佔複合材料體積的15～40％，複合材料其餘60～85％的體積為鋁基或鎂基。
本發明將ZnO塗覆到陶瓷相上，提高了陶瓷相與基體的浸潤性，陶瓷相和基體中的元素不發生反應，陶瓷相完整，改善了陶瓷相與基體的界面結合，提高陶瓷相與基體的結合強度，使複合材料的力學性能顯著提高，抗拉強度提高了5～20％、延伸率提高了45～90％。
圖1是沒有ZnO塗覆的陶瓷相的掃描電鏡觀察圖，圖2是ZnO塗覆的陶瓷相的掃描電鏡觀察圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一本實施方式ZnO塗覆的陶瓷相增強鋁基或鎂基複合材料由ZnO、陶瓷相和鋁基或鎂基三種原料製成；其中ZnO的質量是陶瓷相質量的2～30％，ZnO和陶瓷相的體積佔三種原料體積的15～40％，其餘體積為鋁基或鎂基。
具體實施方式
二本實施方式與具體實施方式
一的不同點是陶瓷相為顆粒、晶須中的一種或幾種的混合物。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
二的不同點是顆粒為鋰霞石顆粒、Al2O3顆粒、SiC顆粒、Si3N4顆粒、AlN顆粒、TiC顆粒中的一種或幾種的混合物。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
二的不同點是晶須為9Al2O3·2B2O3(Al18B4O33)晶須、2MgO·B2O3(Mg2B3O5)晶須、SiC晶須、AlN晶須、Si3N4晶須、CaSO4晶須、CaCO3晶須中的一種或幾種的混合物。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一的不同點是鋁基或鎂基為純鋁、純鎂、鋁合金或鎂合金中的一種。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一的不同點是ZnO的質量是陶瓷相質量的10～20％，ZnO和陶瓷相的體積佔三種原料體積的20～35％，其餘體積為鋁基或鎂基。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
一的不同點是ZnO的質量是陶瓷相質量的15％，ZnO和陶瓷相的體積佔三種原料體積的27％，其餘體積為鋁基或鎂基。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
一的不同點是ZnO的質量是陶瓷相質量的6％，ZnO和陶瓷相的體積佔三種原料體積的18％，其餘體積為鋁基或鎂基。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
一的不同點是ZnO的質量是陶瓷相質量的25％，ZnO和陶瓷相的體積佔三種原料體積的37％，其餘體積為鋁基或鎂基。
具體實施方式
十本實施方式通過以下步驟進行ZnO塗覆的陶瓷相增強鋁基或鎂基複合材料的製備(一)將陶瓷相加入到ZnO的溶膠中攪拌至粘稠，其中ZnO的質量是陶瓷相質量的2～30％；(二)溶膠在450～600℃下焙燒1～2h，然後用水分散、烘乾、製成ZnO塗覆的陶瓷相；(三)將ZnO塗覆的陶瓷相製成預製塊，並在600～750℃下焙燒1～2h；(四)擠壓鑄造，即得到ZnO塗覆的陶瓷相增強鋁基或鎂基複合材料，其中ZnO塗覆的陶瓷相的體積佔複合材料體積的15～40％，複合材料其餘60～85％的體積為鋁基或鎂基。
本實施方式利用掃描電鏡對ZnO塗覆的陶瓷相和沒有ZnO塗覆的陶瓷相進行對比觀察。圖1是沒有ZnO塗覆的陶瓷相的掃描電鏡觀察圖，圖2是ZnO塗覆的陶瓷相的掃描電鏡觀察圖。通過觀察可以發現ZnO塗覆的陶瓷相表面粗糙，證明陶瓷相的界面得到明顯改善。
具體實施方式
十一本實施方式與具體實施方式
十的不同點是步驟(一)中ZnO的質量是陶瓷相質量的10～20％。
具體實施方式
十二本實施方式與具體實施方式
十的不同點是步驟(一)中ZnO的質量是陶瓷相質量的15％。
具體實施方式
十三本實施方式與具體實施方式
十的不同點是步驟(一)中ZnO的質量是陶瓷相質量的6％。
具體實施方式
十四本實施方式與具體實施方式
十的不同點是步驟(一)中ZnO的質量是陶瓷相質量的25％。
具體實施方式
十五本實施方式與具體實施方式
十的不同點是步驟(二)溶膠在500～550℃下焙燒1.5h。
具體實施方式
十六本實施方式與具體實施方式
十的不同點是步驟(四)中ZnO塗覆的陶瓷相的體積佔複合材料體積的20～30％，複合材料其餘70～80％的體積為鋁基或鎂基。
具體實施方式
十七本實施方式與具體實施方式
十的不同點是步驟(四)中ZnO塗覆的陶瓷相的體積佔複合材料體積的27％，複合材料其餘73％的體積為鋁基或鎂基。
具體實施方式
十八本實施方式與具體實施方式
十的不同點是步驟(四)中ZnO塗覆的陶瓷相的體積佔複合材料體積的18％，複合材料其餘82％的體積為鋁基或鎂基。
具體實施方式
十九本實施方式與具體實施方式
十的不同點是步驟(四)中ZnO塗覆的陶瓷相的體積佔複合材料體積的37％，複合材料其餘63％的體積為鋁基或鎂基。
具體實施方式
二十本實施方式與具體實施方式
十的不同點是陶瓷相為顆粒、晶須中的一種或幾種的混合物。
具體實施方式
二十一本實施方式與具體實施方式
二十的不同點是顆粒為鋰霞石顆粒、Al2O3顆粒、SiC顆粒、Si3N4顆粒、AlN顆粒、TiC顆粒中的一種或幾種的混合物。
具體實施方式
二十二本實施方式與具體實施方式
二十的不同點是晶須為9Al2O3·2B2O3(Al18B4O33)晶須、2MgO·B2O3(Mg2B3O5)晶須、SiC晶須、AlN晶須、Si3N4晶須、CaSO4晶須、CaCO3晶須中的一種或幾種的混合物。
具體實施方式
二十三本實施方式與具體實施方式
十的不同點是鋁基或鎂基為純鋁、純鎂、鋁合金或鎂合金中的一種。
具體實施方式
二十四本實施方式製備ZnO塗覆的陶瓷相增強鎂基複合材料(一)將SiC顆粒100g加入到含有20g ZnO的溶膠中攪拌至粘稠；(二)溶膠在450～500℃下焙燒1～2h，然後用水分散、烘乾、製成ZnO塗覆的SiC顆粒；(三)將ZnO塗覆的SiC顆粒製成預製塊，並在600～750℃下焙燒1～2h；(四)擠壓鑄造，即得到ZnO塗覆的陶瓷相增強鎂基複合材料，其中ZnO塗覆的SiC顆粒的體積佔複合材料體積的40％，複合材料其餘60％的體積為鎂合金。
具體實施方式
二十五本實施方式製備ZnO塗覆的陶瓷相增強鋁基複合材料(一)將硼酸鎂晶須100g加入到含有2.5g ZnO的溶膠中攪拌至粘稠；(二)溶膠在500～550℃下焙燒1～2h，然後用水分散、烘乾、製成ZnO塗覆的硼酸鎂晶須；(三)將ZnO塗覆的硼酸鎂晶須製成預製塊，並在600～750℃下焙燒1～2h；(四)擠壓鑄造，即得到ZnO塗覆的陶瓷相增強鋁基複合材料，其中ZnO塗覆的硼酸鎂晶須的體積佔複合材料體積的30％，複合材料其餘70％的體積為純鋁。
具體實施方式
二十六本實施方式製備ZnO塗覆的陶瓷相增強鋁基複合材料、(一)將AlN晶須、CaSO4晶須、鋰霞石顆粒和Si3N4顆粒100g加入到含有10g ZnO的溶膠中攪拌至粘稠；(二)溶膠在500～550℃下焙燒1～2h，然後用水分散、烘乾、製成ZnO塗覆的AlN晶須、ZnO塗覆的CaSO4晶須、ZnO塗覆的鋰霞石顆粒和ZnO塗覆的Si3N4顆粒；(三)將ZnO塗覆的AlN晶須、ZnO塗覆的CaSO4晶須、ZnO塗覆的鋰霞石顆粒和ZnO塗覆的Si3N4顆粒製成預製塊，並在600～750℃下焙燒1～2h；(四)擠壓鑄造，即得到ZnO塗覆的陶瓷相增強鋁基複合材料，其中ZnO塗覆的AlN晶須、ZnO塗覆的CaSO4晶須、ZnO塗覆的鋰霞石顆粒和ZnO塗覆的Si3N4顆粒的總體積佔複合材料體積的20％，複合材料其餘80％的體積為鋁合金。
具體實施方式
二十七本實施方式製備ZnO塗覆的陶瓷相增強鎂基複合材料(一)將Al2O3顆粒、9Al2O3·2B2O3晶鬚鬚共100g加入到含有5g ZnO的溶膠中攪拌至粘稠；(二)溶膠在450～600℃下焙燒1～2h，然後用水分散、烘乾、製成ZnO塗覆的Al2O3顆粒和ZnO塗覆的9Al2O3·2B2O3晶須；(三)將ZnO塗覆的Al2O3顆粒和ZnO塗覆的9Al2O3·2B2O3晶須製成預製塊，並在600～750℃下焙燒1～2h；(四)擠壓鑄造，即得到ZnO塗覆的陶瓷相增強鎂基複合材料，其中ZnO塗覆的Al2O3顆粒和ZnO塗覆的9Al2O3·2B2O3晶須的總體積佔複合材料體積的25％，複合材料其餘75％的體積為純鎂。
具體實施方式
二十八本實施方式製備ZnO塗覆的陶瓷相增強鎂基複合材料(一)將TiC顆粒、Si3N4顆粒共100g加入到含有20g ZnO的溶膠中攪拌至粘稠；(二)溶膠在450～500℃下焙燒1～2h，然後用水分散、烘乾、製成ZnO塗覆的TiC顆粒和ZnO塗覆的Si3N4顆粒；(三)將ZnO塗覆的TiC顆粒和ZnO塗覆的Si3N4顆粒製成預製塊，並在600～750℃下焙燒1～2h；(四)擠壓鑄造，即得到ZnO塗覆的陶瓷相增強鎂基複合材料，其中ZnO塗覆的TiC顆粒和ZnO塗覆的Si3N4顆粒的總體積佔複合材料體積的35％，複合材料其餘65％的體積為鎂合金。
具體實施方式
二十九本實施方式製備ZnO塗覆的陶瓷相增強鋁基複合材料(一)將Si3N4晶須、CaCO3晶須、AlN晶須共100g加入到含有30g ZnO的溶膠中攪拌至粘稠；(二)溶膠在450～600℃下焙燒1～2h，然後用水分散、烘乾、製成ZnO塗覆的Si3N4晶須、ZnO塗覆的CaCO3晶須和ZnO塗覆的AlN晶須；(三)將ZnO塗覆的Si3N4晶須、ZnO塗覆的CaCO3晶須和ZnO塗覆的AlN晶須製成預製塊，並在600～750℃下焙燒1～2h；(四)擠壓鑄造，即得到ZnO塗覆的陶瓷相增強鋁基複合材料，其中ZnO塗覆的Si3N4晶須、ZnO塗覆的CaCO3晶須和ZnO塗覆的AlN晶須的總體積佔複合材料體積的15％，複合材料其餘85％的體積為鋁合金。
權利要求
1.ZnO塗覆的陶瓷相增強鋁基或鎂基複合材料，其特徵是它由ZnO、陶瓷相和鋁基或鎂基三種原料製成；其中ZnO的質量是陶瓷相質量的2～30％，ZnO和陶瓷相的體積佔三種原料體積的15～40％，其餘體積為鋁基或鎂基。
2.根據權利要求1所述的ZnO塗覆的陶瓷相增強鋁基或鎂基複合材料，其特徵在於陶瓷相為顆粒、晶須中的一種或幾種的混合物。
3.根據權利要求2所述的ZnO塗覆的陶瓷相增強鋁基或鎂基複合材料，其特徵在於顆粒為鋰霞石顆粒、Al2O3顆粒、SiC顆粒、Si3N4顆粒、AlN顆粒、TiC顆粒中的一種或幾種的混合物。
4.根據權利要求2所述的ZnO塗覆的陶瓷相增強鋁基或鎂基複合材料，其特徵在於晶須為9Al2O3·2B2O3晶須、2MgO·B2O3晶須、SiC晶須、AlN晶須、Si3N4晶須、CaSO4晶須、CaCO3晶須中的一種或幾種的混合物。
5.根據權利要求1所述的ZnO塗覆的陶瓷相增強鋁基或鎂基複合材料，其特徵在於鋁基或鎂基為純鋁、純鎂、鋁合金或鎂合金中的一種。
6.ZnO塗覆的陶瓷相增強鋁基或鎂基複合材料的製備方法，其特徵在於它按下述步驟進行(一)將陶瓷相加入到ZnO的溶膠中攪拌至粘稠，其中ZnO的質量是陶瓷相質量的2～30％；(二)溶膠在450～600℃下焙燒1～2h，然後用水分散、烘乾、製成ZnO塗覆的陶瓷相；(三)將ZnO塗覆的陶瓷相製成預製塊，並在600～750℃下焙燒1～2h；(四)擠壓鑄造，即得到ZnO塗覆的陶瓷相增強鋁基或鎂基複合材料，其中ZnO塗覆的陶瓷相的體積佔複合材料體積的15～40％，複合材料其餘60～85％的體積為鋁基或鎂基。
全文摘要
ZnO塗覆的陶瓷相增強鋁基或鎂基複合材料及其製備方法，它涉及一種陶瓷相增強鋁基或鎂基複合材料及其製備方法。它解決了現有複合材料中陶瓷相和基體的浸潤性差，界面結合強度低，影響複合材料力學性能的問題。ZnO塗覆的陶瓷相增強鋁基或鎂基複合材料由ZnO、陶瓷相和鋁基或鎂基三種原料製成。其製備方法1.將陶瓷相加入ZnO溶膠中；2.製備ZnO塗覆的陶瓷相；3.將ZnO塗覆的陶瓷相製成預製塊並焙燒；4.擠壓鑄造，即得到ZnO塗覆的陶瓷相增強鋁基或鎂基複合材料。ZnO塗覆到陶瓷相上提高了陶瓷相與基體的浸潤性，改善了陶瓷相與基體的界面，使複合材料的力學性能顯著提高。
文檔編號C22C1/05GK1793406SQ200510127309
公開日2006年6月28日 申請日期2005年12月6日 優先權日2005年12月6日
發明者費維棟, 嶽紅彥, 王黎東 申請人:哈爾濱工業大學