一种高韧性铝镁硼陶瓷及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及陶瓷制备技术领域，尤其涉及一种高韧性铝镁硼陶瓷及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 研宄发现，通过掺杂工艺，AlMgB1Jg够由绝缘材料变成导电材料，从而使得复杂形 状的结构可以通过电火花加工而获得，而且AlMgB 1JP钢之间具有超低的摩擦系数，可以减 少材料的磨损，提高设备的能源效率和零件的使用寿命。因此，高硬度、导电性、超低的摩擦 系数这些优异的性能使得八11%8 14有望成为新型的陶瓷刀具材料。然而，目前AlMgB14的断 裂韧性很低（3.0-4. lMPm1/2)，众所周知，低断裂韧性的陶瓷材料是无法在金属切削刀具上 得到应用的。因此，需要改善八11%8 14陶瓷材料的断裂韧性。
【发明内容】
[0003] 本发明针对现有AlMgB14的断裂韧性低的问题，将采用晶须增韧、复合第二相增韧 和裂纹搭桥增韧的方法，使用Ni 3Al金属间化合物作为一种增韧相，大幅增加 AlMgB14的断 裂韧性。
[0004] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。
[0005] 一种高韧性铝镁硼陶瓷，由复合原料制成，所述复合原料包括以下质量百分比的 各组分：80-95%的AlMgB 14预反应粉，5-20%的Ni 3A1混合粉体。
[0006] 优选的，所述的复合原料中各组分的质量百分比为：80-90%的AlMgB14
[0007] 预反应粉，10-20%的Ni3Al混合粉体。更优选的，所述的复合原料中各组分的质 量百分比为：90%的AlMgB 14预反应粉，10%的Ni 3A1混合粉体。
[0008] 上述411%814预反应粉由错粉、镁粉和硼粉按摩尔比八1:1%出=1:1:14混合均勾 后在20MPa下加热至1350-1450°C并保温90min，冷却并研磨后制得。
[0009] 上述Ni3Al混合粉体中含有以下质量百分比的各组分：19-20 %的Al，9. 0-9. 5% 的 Cr，0. 6-0. 65% 的 Zr，0. 6-0. 65% 的 Υ，(λ 6-0. 65% 的 V，0· 95-1 % 的 B，余量为 Ni。优 选的，Ni3Al混合粉体中各组分的质量百分比为：19. 7%的Al，9. 2%的Cr，0. 62%的Zr， 0· 62% 的 Υ，(λ 62% 的 V，(λ 99% 的 B，余量为 Ni。
[0010] 优选的，制备AlMgB14预反应粉所用的硼粉经真空加热至1500°C并保温2h处理。
[0011] 优选的，所述铝粉的粒径为1-2 ym，镁粉的粒径为60-80 μπι，硼粉的粒径为 2-5 μ m〇
[0012] 以上所述高韧性铝镁硼陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
[0013] Sl混料：将铝粉、镁粉和硼粉按摩尔比Al :Mg :B = 1:1:14混合均匀得混合物，然 后将混合物置于20MPa下加热至1350-1450°C并保温90min，冷却后制得AlMgB 14，将AlMgB14 研磨后得到AlMgB14预反应粉；接着按比例将AlMgB 14预反应粉和Ni 3A1混合粉体混合均匀， 得复合原料。优选的，所得复合原料过80-200目筛。
[0014] 优选的，先将制备AlMgB14预反应粉所用的硼粉置于IX KT3Pa的真空炉中，由室温 加热至1500°C并保温2h，然后随炉冷却至室温；接着再将硼
[0015] 粉、镁粉和铝粉按比例混合。
[0016] 优选的，先将混合物置于球磨机中球磨10h，然后将混合物装入模具中并冷压成生 坯，所述生坯的密度为理论密度的60%;接着将生坯置于20MPa下加热至1350-1450°C并保 温90min，冷却后制得AlMgB 14，将AlMgB14研磨后得到AlMgB 14预反应粉。
[0017] 优选的，所述的Ni3Al混合粉体由以下步骤制得：将19-20%的Al，8. 0-8. 5%的 〇,0.6-0.65%的21'，0.6-0.65%的￥，0.6-0.65%的￥，0.95-1%的8和余量的附混合，得 混合粉体；然后在惰性气体的气氛下球磨混合粉体50h，得Ni 3Al混合粉体。所用的研磨球 是直径为IOmm的硬质合金球，球料比为10:1。
[0018] S2球磨：将复合原料置于球磨机中，以200-360r/min的速度球磨6-10h。优选的， 所述球磨机中，研磨球与复合原料的质量比为14-16:1。
[0019] S3热压烧结：将复合原料装入模具中并将模具置于烧结炉中，以10-30°c /min的 速度升温至1450-1750°C，保温0. 5-2h，压力为30MPa，然后停止加热并随烧结炉冷却至室 温，得陶瓷材料。
[0020] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过添加 Ni3Al混合粉体，由 AlMgB14预反应粉和Ni 3A1混合粉体按一定的比例组成复合原料，可改进铝镁硼陶瓷的断裂 韧性。尤其是在Ni3Al中配合添加一定量的Cr、Zr、Y、V和B，对Ni 3Al进行改性，可显著提 高最终制得的陶瓷材料的断裂韧性。通过使硼粉先经高温热处理再与铝粉、镁粉混合，然后 经高压加热制得八11^8 14预反应粉，配合该工艺可进一步提高铝镁硼陶瓷的性能。本发明制 备方法的工艺简单易行，所制备的铝镁硼陶瓷断裂韧性好、强度高、致密性
[0021] 好、高温性能好。
【附图说明】
[0022] 图1为实施例6中的陶瓷材料（IOwt. % Ni3Al混合粉体）的XRD图；
[0023] 图2为实施例6中的陶瓷材料（IOwt. % Ni3Al混合粉体）的断面SEM图。
【具体实施方式】
[0024] 为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案作 进一步介绍和说明。
[0025] 实施例1-9
[0026] 实施例1-9和对比例1-3中的铝镁硼陶瓷分别由下表1中所示的各物质及质量百 分比制成。
[0027] 表1实施例1-9和对比例1-3制备铝镁硼陶瓷的各组分及质量百分比
[0028]
【主权项】
1. 一种高韧性铝镁硼陶瓷，由复合原料制成，其特征在于，所述复合原料包括以下质量 百分比的各组分：80-95%的AlMgB 14预反应粉，5-20%的Ni 3A1混合粉体； 所述八11%814预反应粉由错粉、镁粉和硼粉按摩尔比Al :Mg :B = 1:1:14混合均匀后在 20MPa下加热至1350-1450°C并保温90min，冷却并研磨后制得。
2. 根据权利要求1所述一种高韧性铝镁硼陶瓷，其特征在于，所述Ni 3A1混合粉体中含 有以下质量百分比的各组分：19-20%的Al，9. 0-9. 5%的Cr，0. 6-0. 65%的Zr，0. 6-0. 65% 的 Y，0. 6-0. 65% 的 V，0. 95-1 % 的 B，余量为 Ni。
3. 根据权利要求2所述一种高韧性铝镁硼陶瓷，其特征在于，所述Ni 3A1混合粉体中含 有以下质量百分比的各组分：19. 7 %的Al，9. 2 %的Cr，0. 62 %的Zr，0. 62 %的Y，0. 62 %的 V，0. 99%的B，余量为Ni。
4. 根据权利要求1或2所述一种高韧性铝镁硼陶瓷，其特征在于，所述复合原料包括以 下质量百分比的各组分：80-90%的AlMgB 14预反应粉，20-10%的Ni 3A1混合粉体。
5. 根据权利要求4所述一种高韧性铝镁硼陶瓷，其特征在于，所述用于制备AlMgB 14预 反应粉的硼粉经真空加热至1500°C并保温2h处理。
6. 根据权利要求5所述一种高韧性铝镁硼陶瓷，其特征在于，所述铝粉的粒径为 1-2 μ m，镁粉的粒径为60-80 μ m，硼粉的粒径为2-5 μ m。
7. -种如权利要求1所述高韧性铝镁硼陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： Sl混料：将铝粉、镁粉和硼粉按摩尔比Al :Mg :B = 1:1:14混合均匀得混合物，然后将 混合物置于20MPa下加热至1350-1450°C并保温90min，冷却后制得AlMgB14，将AlMgB 14W 磨后得到AlMgB14预反应粉；接着按比例将AlMgB 14预反应粉和Ni 3A1混合粉体混合均匀，得 复合原料； S2球磨：将复合原料置于球磨机中，以200-360r/min的速度球磨6h-10h ; S3热压烧结：将复合原料装入模具中并将模具置于烧结炉中，以10-30°C /min的速度 升温至1450-1750°C，保温0. 5-2h，压力为30MPa，然后停止加热并随烧结炉冷却至室温，得 陶瓷材料。
8. 根据权利要求7所述一种高韧性铝镁硼陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤Sl中，将 混合物置于球磨机中球磨l〇h，然后将混合物装入模具中并冷压成生坯，所述生坯的密度为 理论密度的60% ;接着将生坯置于20MPa下加热至1350-1450°C并保温90min，冷却后制得 AlMgB14，将AlMgB14粉碎后得到AlMgB 14预反应粉。
9. 根据权利要求8所述一种高韧性铝镁硼陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤Sl中，先 将用于制备AlMgB14预反应粉的硼粉置于IX KT3Pa的真空炉中，由室温加热至1500°C并保 温2h，然后随炉降温至室温；接着再将硼粉、镁粉和铝粉按比例混合。
10. 根据权利要求7所述一种高韧性铝镁硼陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤Sl中所 述的Ni3Al混合粉体由以下步骤制得：将19-20%的A1，9. 0-9. 5%的Cr，0. 6-0. 65%的Zr， 0. 6-0. 65 %的Y，0. 6-0. 65 %的V，0. 95-1 %的B和余量的Ni混合在一起，得混合粉体；在惰 性气氛下球磨混合粉体50h，得Ni3Al混合粉体。
【专利摘要】本发明涉及陶瓷制备技术领域，具体为一种高韧性铝镁硼陶瓷及其制备方法。本发明通过添加Ni3Al混合粉体，由AlMgB14预反应粉和Ni3Al混合粉体按一定的比例组成复合原料，可改进铝镁硼陶瓷的断裂韧性。尤其是在Ni3Al中配合添加一定量的Cr、Zr、Y、V和B，对Ni3Al进行改性，可显著提高最终制得的陶瓷材料的断裂韧性。通过使硼粉先经高温热处理再与铝粉、镁粉混合，然后经高压加热制得AlMgB14预反应粉，配合该工艺可进一步提高铝镁硼陶瓷的性能。本发明制备方法的工艺简单易行，所制备的铝镁硼陶瓷断裂韧性好、强度高、致密性好、高温性能好。
【IPC分类】C22C29-14, C22C1-05
【公开号】CN104561726
【申请号】CN201410851155
【发明人】伍尚华, 陈健, 弓满锋, 张凤林, 周玉梅, 李鹏程, 白坤
【申请人】广东工业大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月30日