一種鋁鈦硼和稀有金屬協同增韌氧化鋁的製備方法
2023-06-23 21:56:41
專利名稱：一種鋁鈦硼和稀有金屬協同增韌氧化鋁的製備方法
一種鋁鈦硼和稀有金屬協同增韌氧化鋁的製備方法技術領域：
本發明屬於陶瓷材料領域，特別涉及一種高硬度、高韌性氧化鋁基陶瓷複合材料的製備方法。二、背景技術氧化鋁是一種研究較早的陶瓷材料，以氧化鋁為基體的複合陶瓷材料具有高硬度、耐高溫、耐磨損、耐腐蝕等優異性能，因此被廣泛應用於冶金、化工、機械、電子和航空航天等領域；但是純氧化鋁脆性大、韌性低，如何解決這一缺陷也成為眾多國內外研究學者一直研究的熱點。材料研究者通過將金屬加入氧化鋁基體材料中，使得氧化鋁基體的脆性問題得到了很大程度的改善，大量研究報導表明，在改善氧化鋁材料韌性的同時,往往會伴隨其成本的提高，因此如何降低材料的製備成本也成為人們研究的關鍵性問題。鋁鈦硼中間合金成本相對較低，廣泛應用於金屬鋁及其合金的晶粒細化工藝中，但至今未見到將鋁鈦硼中間合金和稀有金屬同時加入到氧化鋁基體中的報導。三、發明內容本發明的目的在於克服氧化鋁製品性價比較高的不足，提供一種生產成本低、硬度高、斷裂韌性好的氧化鋁基陶瓷複合材料的製備方法。 本發明通過以下方式實現(I)在普通中頻感應爐中1000 1300°C，將鈦粉和硼粉加入鋁液，保溫5 10分鐘，製備鋁鈦硼中間合金；按重量百分比計鋁鈦硼中間合金組成為，硼0. 5 2. 0%，鈦3.0 7.0%，鋁為餘量；(2)以氧化鋁陶瓷作為基體材料，以鋁鈦硼中間合金、稀有金屬(鈷、鎳和鶴)為增韌補強添加相，按照氧化鋁86 % 95 %、鋁鈦硼中間合金3 % 8 %、稀有金屬2 % 6 %的質量百分比稱取原料；(3)將稱好的原料混合，以乙醇為介質強化球磨100 120小時後，放置真空乾燥箱乾燥並過200目篩，製得均勻混合粉體；(4)採用熱壓燒結工藝，以氮氣作為燒結氣氛，燒結溫度1480 1580°C，燒結壓力28 35MPa，保溫時間25 35分鐘，即可製備高韌性、高強度的氧化鋁基陶瓷複合材料。上述方法製備的氧化鋁基陶瓷複合材料，由氧化鋁、氮化鋁和稀有金屬組成。本發明由於鋁鈦硼中間合金中的鋁與氮氣保護氣體發生反應，從根本上解決了外加金屬粒子與氧化鋁基體潤溼性差的問題；材料燒結過程中，氮不溶於鋁且反應生成的氮化鋁層很緻密，鋁的進一步氮化需要靠氮通過該表層擴散來實現，由於擴散速率不高，因而需要較長的時間才能實現鋁向氮化鋁的轉變，因此金屬鋁在燒結過程中不會立即消失，可作為助燒劑降低氧化鋁的燒結溫度並促進複合材料緻密化程度。氮化鋁是在製備過程中原位生成的，粒度可小至納米級，這些納米顆粒具有很大的比表面積；活性非常大的納米級氮化鋁晶粒分布在氧化鋁晶粒周圍，可以起到細化其晶粒的效果。因此由鋁鈦硼中間合金和稀有金屬增韌補強的氧化鋁基複合材料具有均勻細化的微觀組織結構和較高的室溫力學性能。該複合材料尤其適用於對耐磨性要求較高的模具、噴沙嘴、刀具等零部件，製備工藝簡單、原材料成本低、生產投資少。
四具體實施方式
下面給出本發明的三個最佳實施例實施例一在普通中頻感應爐中1200°C，將鈦粉和硼粉加入鋁液，保溫8分鐘，製備鋁鈦硼中間合金；按照氧化鋁90%、鋁鈦硼中間合金5%、鎢5%的質量百分比稱取原料；將稱好的原料混合，裝入聚氨酯製成的球磨桶中進行球磨，採用YG8硬質合金球，用無水乙醇作為球磨介質強化球磨100小時後，放置真空乾燥箱乾燥並過200目篩，製得均勻混合粉體；裝入石墨模具預壓成型後，放入燒結爐中熱壓燒結，以氮氣作為燒結氣氛，燒結溫度1550°C，燒結壓力32MPa，保溫時間30分鐘，即可製備高韌性、高強度的氧化鋁基陶瓷複合材料。實施例二 其他同實施例一，不同之處是按照氧化鋁90%、鋁鈦硼中間合金3%、鎳7%的質量百分比稱取原料；燒結溫度1500°C，燒結壓力30MPa，保溫時間35分鐘。 實施例三其他同實施例一，不同之處是按照氧化鋁92%、鋁鈦硼中間合金3%、鈷5%的質量百分比稱取原料；燒結溫度1500°C，燒結壓力35MPa，保溫時間35分鐘。
權利要求
1.一種氧化鋁基陶瓷複合材料的製備方法，以鋁鈦硼中間合金、稀有金屬為增韌補強添加相，其特徵通過以下方法製備 (1)在普通中頻感應爐中1000 1300°C，將鈦粉和硼粉加入鋁液，保溫5 10分鐘，製備鋁鈦硼中間合金；按重量百分比計鋁鈦硼中間合金組成為，硼0. 5 2. 0%，鈦3. 0 7.0%，鋁為餘量； (2)以氧化鋁陶瓷作為基體材料，以鋁鈦硼中間合金、稀有金屬為增韌補強添加相，按照氧化鋁86 % 95 %、鋁鈦硼中間合金3 % 8 %、稀有金屬2 % 6 %的質量百分比稱取原料； (3)將稱好的原料混合，以乙醇為介質強化球磨100 120小時後，放置真空乾燥箱乾燥並過200目篩，製得均勻混合粉體； (4)採用熱壓燒結工藝，以氮氣作為燒結氣氛，燒結溫度1480 1580°C，燒結壓力 28 35MPa，保溫時間25 35分鐘，即可製備高韌性、高強度的氧化鋁基陶瓷複合材料。
2.根據權利要求I所述氧化鋁基陶瓷複合材料，其特徵是所添加的稀有金屬為鈷、鎳和鶴。
全文摘要
本發明屬於陶瓷材料領域，涉及一種高硬度、高韌性氧化鋁基陶瓷複合材料的製備方法。本發明的特徵是首先在普通中頻感應爐中製備鋁鈦硼中間合金，再將鋁鈦硼中間合金、稀有金屬、氧化鋁按照一定比例混合球磨，製得混合粉體；然後將混合粉體在氮氣氣氛中熱壓燒結。用該方法製備的氧化鋁基陶瓷複合材料，硬度高、韌性好，晶粒尺寸小，具有優良的室溫和高溫力學性能及耐磨性。該陶瓷複合材料適合於製作高溫以及對耐磨性要求較高的模具、噴沙嘴、刀具等。該材料以氧化鋁為基體，以鋁鈦硼中間合金和稀有金屬粘結相(鈷、鎳和鎢)為增韌補強添加相，燒制的陶瓷坯體緻密化程度高，強度和韌性比純氧化鋁大幅度提高。
文檔編號C04B35/622GK102731071SQ20111009454
公開日2012年10月17日 申請日期2011年4月6日 優先權日2011年4月6日
發明者劉建霞, 劉長霞, 姚美紅, 孫軍龍, 謝在玉 申請人:魯東大學