一种铝镁硼增韧增强陶瓷及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及陶瓷制备技术领域，尤其涉及一种铝镁硼增韧增强陶瓷及其制备方 法。
【背景技术】
[0002] 铝镁硼（AlMgB14)陶瓷材料具有硬度高、耐磨性好、化学稳定性好等特点，常在军 事装备及高力学性能的机械设备上使用，但由于AlMgB14陶瓷材料的韧性较低，限制了其应 用范围。因此，需要改善AlMgB14陶瓷材料的断裂韧性与强度。许多学者在AlMgB14材料用 于刀具等制造方面进行了较多的探索，但受制于AlMgBjS的断裂韧性及低的高温强度，无 法在刀具材料上得到较好的应用。因此需要对AlMgB14材料进行增韧增强，以满足在刀具制 备方面的性能要求。
【发明内容】
[0003] 本发明针对现有的铝镁硼陶瓷材料的断裂韧性、硬度和强度较低，限制了其应用 的问题，采用添加SiC晶须或复合添加Ni3Al相和SiC晶须的方法，使AlMgB14的断裂韧性 大幅增加，明显改善其硬度、强度和高温性能，最终得以改善应用该陶瓷材料制备的刀具的 高温性能。
[0004] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。
[0005] -种铝镁硼增韧增强陶瓷，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：2_25%的SiC晶须，余量为AlMgB14预反应粉。
[0006] 优选的,所述复合原料还包括Ni3Al混合粉体，复合原料中Ni3Al混合粉体的质量 百分比为8-16%。更优选的，复合原料中各组分的质量百分比为：6%的SiC晶须，12%的 Ni3Al混合粉体,余量为AlMgB14预反应粉。
[0007] 上述AlMgBdj^反应粉由错粉、镁粉和硼粉按摩尔比A1:Mg:B= 1:1:14混合均勻 后在20MPa下加热至1350-1450°C并保温90min，冷却并研磨后制得。
[0008]上述Ni3Al混合粉体中含有以下质量百分比的各组分：19-20 %的A1，9. 0-9. 5% 的〇,0.6-0.65%的21'，0.6-0.65%的丫，0.6-0.65%的￥，0.95-1%的8，余量为附。
[0009] 优选的，用于制备AlMgBid^反应粉的硼粉经真空加热至1500°C并保温2h处理。
[0010] 优选的，所述铝粉的粒径为l_2ym，镁粉的粒径为60-80i!m，硼粉的粒径为 2-5um〇
[0011] 以上所述铝镁硼增韧增强陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
[0012] S1混料：将铝粉、镁粉和硼粉按摩尔比A1: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AlMgB14 研磨后得到AlMgB14预反应粉。
[0013] 接着，按比例将AlMgB14预反应粉和SiC晶须混合均匀，得复合原料。优选的，按比 例将AlMgB14预反应粉、SiC晶须和Ni3A1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] 上述的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8和余量的附混合在一起， 得混合粉体；在惰性气氛下球磨混合粉体50h，得Ni3Al混合粉体。
[0015] 优选的，先将用于制备AlMgB14预反应粉的硼粉置于lXl(T3Pa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。
[0016] 优选的，先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AlMgB14预反应粉。
[0017]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。
[0018]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。
[0019] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过添加SiC晶须进行增强，由 AlMgB14预反应粉和SiC晶须按一定的比例组成复合原料，以改进铝镁硼陶瓷的硬度与强 度，特别是高温性能。同时，SiC晶须也起到增加铝镁硼陶瓷的断裂韧性的作用。通过复合 添加SiC晶须和Ni3Al混合粉体，由AlMgB14预反应粉、Ni3A1混合粉体和SiC晶须按一定的 比例组成复合原料，可进一步改善铝镁硼陶瓷的断裂韧性、强度和硬度，特别是改进铝镁硼 陶瓷的高温性能。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AlMgBiJ^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。
【附图说明】
[0020] 图1为实施例6中的铝镁硼增韧增强陶瓷（12wt. %Ni3Al混合粉体，6wt. %SiC 晶须）的XRD图；
[0021] 图2为实施例6中的铝镁硼增韧增强陶瓷（12wt. %Ni3Al混合粉体，6wt. %SiC 晶须）的断面SEM图。
【具体实施方式】
[0022] 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。
[0023] 实施例 1-11
[0024] 实施例1-11和对比例1-5中的铝镁硼增韧增强陶瓷分别由下表1中所示的各物 质及质量百分比制成。
[0025] 表1实施例1-11和对比例1-5制备铝镁硼增韧增强陶瓷的各组分及质
[0026] 量百分比
【主权项】
1. 一种铝镁硼增韧增强陶瓷，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：2-25%的SiC晶须，余量为AlMgB 14预反应粉； 所述411%814预反应粉由铝粉、镁粉和硼粉按摩尔比41:1%:8=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所述一种铝镁硼增韧增强陶瓷，其特征在于，所述复合原料还包括 Ni3Al混合粉体，复合原料中Ni3Al混合粉体的质量百分比为8-16%。
3. 根据权利要求2所述一种铝镁硼增韧增强陶瓷，其特征在于，所述复合原料包括以 下质量百分比的各组分：6%的SiC晶须，12%的Ni 3Al混合粉体,余量为AlMgB14预反应粉。
4. 根据权利要求2所述一种铝镁硼增韧增强陶瓷，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%的丫，0.6-0.65%的￥，0.95-1%的8，余量为·。
5. 根据权利要求1或2所述一种铝镁硼增韧增强陶瓷，其特征在于，所述用于制备 AlMgB1JM反应粉的硼粉经真空加热至1500°C并保温2h处理。
6. -种如权利要求1所述铝镁硼增韧增强陶瓷的制备方法，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SiC晶须混合均匀，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6-10h ; 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。
7. 根据权利要求6所述一种铝镁硼增韧增强陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤Sl中， 制得AlMgB14预反应粉后，按比例将AlMgB 14预反应粉、SiC晶须和Ni 3ΑΓ混合粉体混合均匀， 得复合原料。
8. 根据权利要求7所述一种铝镁硼增韧增强陶瓷的制备方法，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。
9. 根据权利要求6-8任一项所述一种铝镁硼增韧增强陶瓷的制备方法，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AlMgB14，将AlMgB 14粉碎后得到AlMgB 14预反应粉。
10. 根据权利要求9所述一种铝镁硼增韧增强陶瓷的制备方法，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IXKT3Pa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。
【专利摘要】本发明涉及陶瓷制备技术领域，具体为一种铝镁硼增韧增强陶瓷及其制备方法。本发明通过添加SiC晶须，由AlMgB14预反应粉和SiC晶须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。通过复合添加SiC晶须和Ni3Al混合粉体，可进一步改善铝镁硼陶瓷的断裂韧性、强度和硬度，特别是改进铝镁硼陶瓷的高温性能。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】C04B35-626, C04B35-58, C04B35-81
【公开号】CN104591769
【申请号】CN201410848895
【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5月6日
【申请日】2014年12月30日