专利名称：一种氧化铝基陶瓷复合材料的制备方法
技术领域：
本发明属陶瓷材料领域，特别涉及一种高硬度、高韧性氧化铝基陶瓷复合材料的制备方法。
背景技术：
氧化铝基陶瓷材料具有高的硬度、耐磨性、耐热性和化学稳定性等优点，然而其本身的脆性限制了应用范围。目前已开发了多种氧化铝基陶瓷材料的增韧方法，例如，将铝、镍、铬等金属颗粒弥散在氧化铝中，通过金属颗粒的桥联和塑性变形消耗能量，达到增韧效果。但这种增韧方式的结果是氧化铝陶瓷材料的强度和硬度降低，电绝缘性和化学稳定性变差。利用SiC晶须增韧，ZrO2相变增韧以及纳米材料，可以收到较好的增韧效果，但均有不同程度的缺陷。晶须增韧难以解决晶须毒性及其在基体中的均匀分布；ZrO2在受应力作用下产生马氏体相变的相变增韧，其增韧效果随温度升高急剧下降。利用碳化钛增韧补强氧化铝的研究也进行了多年，但如何使碳化钛颗粒充分地弥散在氧化铝基体中，这一难题始终没能很好地解决。目前，已有的利用TiC和Al增强增韧Al2O3基陶瓷材料的方法是将TiC和Al粉混合，通过搅拌加入到Al2O3基体中(K.F.Cai，D.S.McLachlan，N.Axen，R.Manyatsa.Preparation，microstrcturesand properties of Al2O3-TiC composites[J].Ceramics International[J]28(2002)217-222.)，这样得到的陶瓷材料，强化相与基体材料氧化铝之间湿润性差、容易发生界面反应、结合不良等缺陷。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种生产成本低、硬度高、断裂韧性好的氧化铝基陶瓷复合材料的制备方法。
本发明是通过以下方式实现的一种氧化铝基陶瓷复合材料的制备方法，其特征包括以下步骤1)、普通中频感应炉中900-1250℃，将钛粉和碳粉加入铝液，保温3-8分钟，制备铝钛碳中间合金；铝钛碳中间合金中各元素质量百分比为铝90％、钛8％、碳2％；2)、将铝钛碳中间合金、氧化铝、氧化锆按铝钛碳中间合金6-8％、氧化铝84-93％、氧化锆1-8％的质量百分比混合球磨，球磨后的粉料通过100目筛，制得混合粉体；3)、将混合粉体材料装入石墨模具中模压成型，在氮气气氛热压烧结，烧结温度1450-1500℃，烧结压力25-30Mpa，烧结时间1小时，保温30-40分钟。
上述方法制备的氧化铝基陶瓷复合材料，由氧化铝、碳化钛、氧化锆组成，其特征是各组份的质量百分比为氧化铝89.5-96％、碳化钛1.5-3％、氧化锆1.3-8.1％，余为杂质。
本发明由于增韧补强粒子TiC是在铝合金熔体中反应生成的，从根本上解决了外加粒子与基体Al2O3润湿性差、易发生界面反应以及高温条件下使用时性能稳定性差等问题。当氧化铝、碳化钛等固相被熔融的铝液完全浸润时，晶粒间的迁移只通过铝液发生，液相阻碍晶粒生长，使得晶粒尺寸细小，分布均匀，提高了材料的致密度、室温力学性能、高温力学性能及耐磨性，也降低了烧结温度。该陶瓷复合材料尤其适合于制作高温以及对耐磨性要求较高的模具、喷沙嘴、刀具等零部件。该复合材料制备工艺简单、原材料成本低，生产投资少。
具体实施例方式下面给出本发明的两个最佳实施例实施例一普通中频感应炉中1250℃，将钛粉和碳粉加入铝液，保温3-8分钟，制备铝钛碳中间合金；铝钛碳中间合金中各元素质量百分比为铝90％、碳8％、碳2％。将制得的铝钛碳中间合金与氧化铝、氧化锆按铝钛碳中间合金7.4％、氧化铝85％、氧化锆7.6％的质量百分比准备原料，采用硬质合金球混合球磨，球磨后的粉料通过100目筛，制得混合粉体。将混合粉体材料装入石墨模具中模压成型，在氮气气氛热压烧结，烧结温度1450℃，烧结压力30MPa，烧结时间1小时，保温30分钟。制得的氧化铝基陶瓷材料的硬度23.5Gpa，断裂韧性为8.7MPa·m1/2，产物中各组分质量百分比氧化铝为90.7％，碳化钛为1.2％，氧化锆为7.8％，余为球磨过程中混入的碳化钨等杂质。
实施例二其它同实施例一，不同之处是将制得的铝钛碳中间合金与氧化铝、氧化锆按铝钛碳中间合金6％、氧化铝92％、氧化锆2％的质量百分比准备原料，烧结温度1500℃，烧结压力25MPa，保温40分钟。制得的氧化铝基陶瓷材料的硬度20.0Gpa，断裂韧性为7.7MPa·m1/2，产物中各组分质量百分比氧化铝为95.7％，碳化钛为1.5％，氧化锆为2.0％，余为球磨过程中混入的碳化钨等杂质。
权利要求
1.一种氧化铝基陶瓷复合材料的制备方法，其特征包括以下步骤1)、普通中频感应炉中900-1250℃，将钛粉和碳粉加入铝液，保温3-8分钟，制备铝钛碳中间合金；铝钛碳中间合金中各元素质量百分比为铝90％、碳8％、碳2％；2)、将铝钛碳中间合金、氧化铝、氧化锆按铝钛碳中间合金6-8％、氧化铝84-93％、氧化锆1-8％的质量百分比混合球磨，球磨后的粉料通过100目筛，制得混合粉体；3)、将混合粉体材料装入石墨模具中模压成型，在氮气气氛热压烧结，烧结温度1450-1500℃，烧结压力25-30Mpa，烧结时间1小时，保温30-40分钟。
2.上述方法制备的氧化铝基陶瓷复合材料，由氧化铝、碳化钛、氧化锆组成，其特征是各组份的质量百分比为氧化铝89.5-96％、碳化钛1.5-3％、氧化锆1.3-8.1％，余为杂质。
全文摘要
本发明属于陶瓷材料领域，涉及一种高硬度、高韧性氧化铝基陶瓷复合材料的制备方法。本发明的特征是首先在普通中频感应炉中制备铝钛碳中间合金，再将铝钛碳中间合金、氧化铝、氧化锆按铝钛碳中间合金6－8％、氧化铝84－93％、氧化锆1－8％的质量百分比混合球磨，制得混合粉体；然后将混合粉体材料在氮气气氛热压烧结。用该方法制备的氧化铝基陶瓷复合材料，硬度高、韧性好，晶粒尺寸细小，具有优良的室温和高温力学性能及耐磨性。该陶瓷复合材料适合于制作高温以及对耐磨性要求较高的模具、喷沙嘴、刀具等。
文档编号C04B35/106GK1657486SQ20041007576
公开日2005年8月24日 申请日期2004年12月30日 优先权日2004年12月30日
发明者张希华, 张建华, 刘长霞, 邓建新 申请人:山东大学