专利名称：氧化铝基陶瓷复合材料及其制备工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于材料科学领域，特别涉及一种以氧化铝陶瓷材料为基体、透辉石和铝钛碳中间合金为增韧补强体的氧化铝基陶瓷复合材料及其制备工艺。
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。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晶须增韧和ZrO2相变增韧等，可以收到较好的增韧效果。但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。专利号为200410075834.5的中国专利公开了一种氧化铝基陶瓷复合材料的制备方法，利用原位合成的铝钛碳中间合金与氧化铝、氧化锆混合球磨，烧结制备氧化铝基陶瓷复合材料，虽然材料具有较高的力学性能，但材料的晶间气孔较多。专利号为200510044288.3的另一中国专利公开了一种“氧化铝/透辉石陶瓷复合材料及其制备方法”，虽然所制备材料致密、无孔，但材料得力学性能尤其是高温力学性能较差。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种成本低、既具有较高的力学性能又具有良好的致密性的氧化铝基陶瓷复合材料及其制备方法。
本发明是通过以下方式实现的氧化铝基陶瓷复合材料，其特征是它由氧化铝、透辉石、铝钛碳中间合金(AlTiC)为原料制备而成，各原料的的质量百分比(wt％)为氧化铝85～93％，透辉石2～10％，铝钛碳中间合金5～10％。
制备上述氧化铝基陶瓷复合材料的工艺步骤为1)、配料按氧化铝85～93％、透辉石2～10％、铝钛碳中间合金5～10％的质量百分比准备原料；2)、球磨将步骤1)中的氧化铝、透辉石、铝钛碳中间合金混合球磨，球磨后的粉料通过100目筛，制得混合粉体；3)、烧结将混合粉体材料装入石墨模具中模压成型，在氮气气氛下热压烧结，升温速度20℃/分钟，烧结温度1450-1500℃，烧结压力20-30MPa，保温保压30-60分钟。
本发明制备的氧化铝基陶瓷复合材料具有良好的致密性和比纯氧化铝更好的断裂韧性、抗弯强度等力学性能。烧结试样以氧化铝为主晶相，同时含有TiC、Al6Si2O13和AlN等相。TiC、Al6Si2O13和AlN的存在均有利于材料力学性能的改善。TiC相的存在，说明AlTiC发生了分解过程。球磨过程中AlTiC中的部分Al与O2反应生成Al2O3；烧结过程中，由于铝的熔点低，性能活泼，AlTiC中没有反应的单质Al在高温下融化，浸润氧化铝，一部分与氮气反应生成氮化铝，剩余部分挥发掉。该陶瓷复合材料尤其适合于制作对耐磨性要求较高的模具、轴承等零部件。
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采用山东平度产透辉石，化学成分为(质量百分比)二氧化硅55％，氧化钙24％，氧化镁18％，余为氧化铁等杂质，粒径1-3cm。AlTiC中间合金由山东大学材料科学与工程学院研制，规格为Al-8Ti-2C(质量百分比)。Al2O3粉体由淄博福星陶瓷色釉料有限公司提供，纯度达99％以上，粒径为0.5～3.0μm。将氧化铝、透辉石、铝钛碳中间合金按氧化铝85％、透辉石10％、铝钛碳中间合金5％的质量百分比准备原料，采用硬质合金球混合球磨，球磨时间80小时，球磨后的粉料通过100目筛，制得混合粉体。将混合粉体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28MPa，升温速度20℃/min，保温30分钟。制得羟基磷灰石基复合生物陶瓷材料的维氏硬度HV20.03GPa，抗弯强度528MPa，断裂韧性4.8MPa·m1/2。
实施例二其它同实施例一，不同之处是氧化铝、透辉石、铝钛碳中间合金按氧化铝89％、透辉石6％、铝钛碳中间合金5％的质量百分比准备原料，烧结温度1500℃，烧结压力20MPa，保温40分钟，制得的羟基磷灰石基复合生物陶瓷材料的维氏硬度HV19.64GPa，抗弯强度538MPa，断裂韧性4.96MPa·m1/2。
实施例三其它同实施例一，不同之处是氧化铝、透辉石、铝钛碳中间合金按氧化铝93％、透辉石2％、铝钛碳中间合金10％的质量百分比准备原料，烧结温度1475℃，烧结压力30MPa，保温60分钟，制得的羟基磷灰石基复合生物陶瓷材料的维氏硬度HV21.07GPa，抗弯强度512MPa，断裂韧性4.78MPa·m1/2。
权利要求
1.氧化铝基陶瓷复合材料，其特征是它由氧化铝、透辉石、铝钛碳中间合金为原料制备而成，各原料的的质量百分比(wt％)为氧化铝85～93％，透辉石2～10％，铝钛碳中间合金5～10％。
2.一种制备权利要求1所述的氧化铝基陶瓷复合材料的工艺，其特征是包括以下步骤1)、配料按氧化铝85～93％、透辉石2～10％、铝钛碳中间合金5～10％的质量百分比准备原料；2)、球磨将步骤1)中的氧化铝、透辉石、铝钛碳中间合金混合球磨，球磨后的粉料通过100目筛，制得混合粉体；3)、烧结将混合粉体材料装入石墨模具中模压成型，在氮气气氛下热压烧结，升温速度20℃/分钟，烧结温度1450-1500℃，烧结压力20-30MPa，保温保压30-60分钟。
全文摘要
本发明涉及一种以氧化铝陶瓷材料为基体、透辉石和铝钛碳中间合金为增韧补强体的氧化铝基陶瓷复合材料及其制备工艺。该陶瓷复合材料由氧化铝、透辉石、铝钛碳中间合金为原料制备而成，工艺过程为先按氧化铝85～93％、透辉石2～10％、铝钛碳中间合金5～10％的质量百分比准备原料，然后混料球磨，在氮气气氛下热压烧结，烧结温度1450－1500℃，烧结压力20－30MPa，保温保压30－60分钟。本发明制备的氧化铝基陶瓷复合材料不仅成本低，而且具有良好的致密性和比纯氧化铝更好的断裂韧性、抗弯强度等力学性能。该陶瓷复合材料尤其适合于制作对耐磨性要求较高的模具、轴承等零部件。
文档编号C04B35/645GK101041584SQ20071001442
公开日2007年9月26日 申请日期2007年4月30日 优先权日2007年4月30日
发明者张希华, 李木森, 明凤, 刘长霞, 白允强, 徐明刚 申请人:山东大学