专利名称：氧化铝/透辉石陶瓷复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明属陶瓷材料领域，特别涉及一种晶间气孔少、抗弯强度和断裂韧性高的氧化铝/透辉石陶瓷复合材料及其制备方法。
背景技术：
氧化铝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、TiC颗粒增韧以及纳米材料增韧，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。采用以上增韧方式得到的陶瓷材料，不但成本高，材料硬度较低，而且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，造成材料晶间气孔多、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、晶间气孔少、抗弯强度和断裂韧性高的氧化铝/透辉石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/透辉石陶瓷复合材料，其特征是各组分的质量百分比为氧化铝96-99.5％、透辉石0.5-4％。
上述氧化铝/透辉石陶瓷复合材料，其特征是透辉石中各化学组分的质量百分比为二氧化硅(SiO2)54-56％，氧化钙(CaO)22.5-24％，氧化镁(MgO)17-18％，余为杂质。
上述氧化铝/透辉石陶瓷复合材料的制备方法，其特征包括以下步骤1)、配料按氧化铝96-99.5％、透辉石0.5-4％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，烧结温度1400-1500℃，烧结压力25-30MPa，烧结时间1小时，保温保压30-40分钟。
本发明采用透辉石作为增韧补强相，在烧结过程中，由于物理变化或化学反应，坯体内产生液相，在表面张力作用下，液相流动进入气孔。当Al2O3等固相被液相完全浸润时，晶粒间的迁移只通过液相发生。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和力学性能，也降低了烧结温度。MgO可以降低Al2O3的润湿温度，SiO2有利于提高液相流动性。当液相体积足以填充坯体中所有的空隙时，可以得到致密、无孔的陶瓷产品。使用透辉石作为增韧补强相的目的有两个一是形成液相烧结，减少晶间气孔，加速烧结过程，降低烧成温度；二是少量的透辉石可起到晶种的作用，使得Al2O3晶粒生长更加均匀，改变材料微观结构，提高材料性能。例如透辉石中的MgO可在Al2O3晶粒间形成镁铝尖晶石薄层，将Al2O3晶粒包围，防止其长大，从而提高材料的抗弯强度。由于透辉石的成本较低，因而找到了一种低成本制造高性能Al2O3基结构陶瓷的方法。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、喷沙嘴、轴承等零部件。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三个最佳实施例实施例一将氧化铝(工业纯)、透辉石按氧化铝99％、透辉石1％的质量百分比准备原料。透辉石中各化学组分的质量百分比为二氧化硅(SiO2)55％，氧化钙(CaO)23％，氧化镁(MgO)18％，余为杂质。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。将混合粉体装入石墨模具中模压成型，在氮气气氛下热压烧结，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-透辉石陶瓷复合材料的维氏硬度为HV18.64GPa，抗弯强度427MPa，断裂韧性4.26MPa·m1/2。经扫描电镜检测，没有发现晶间气孔。
实施例二其它同实施例一，不同之处是氧化铝、透辉石按氧化铝98％、透辉石2％的质量百分比准备原料，透辉石中各化学组分的质量百分比为二氧化硅(SiO2)56％，氧化钙(CaO)24％，氧化镁(MgO)18％，余为杂质。烧结温度1500℃，烧结压力25MPa，保温40分钟，制得的氧化铝-透辉石陶瓷复合材料的维氏硬度HV18.17GPa，抗弯强度443MPa，断裂韧性4.38MPa·m1/2。
实施例三其它同实施例一，各组分质量百分比为氧化铝(纯度为99％)、透辉石按氧化铝96％、透辉石4％的质量百分比准备原料。透辉石中各化学组分的质量百分比为二氧化硅(SiO2)54％，氧化钙(CaO)24％，氧化镁(MgO)18％，余为杂质。球磨机中球磨40小时，经真空干燥后用100目筛筛选。热压工艺为在1500℃的温度下加压25Mpa，在氮气保护条件下热压烧结，保温35分钟。制得的氧化铝-透辉石陶瓷复合材料的维氏硬度HV17.40GPa，抗弯强度356MPa，断裂韧性4.66MPa·m1/2。
权利要求
1.氧化铝/透辉石陶瓷复合材料，其特征是各组分的质量百分比为氧化铝96-99.5％、透辉石0.5-4％。
2.根据权力要求1所述的氧化铝/透辉石陶瓷复合材料，其特征是透辉石中各化学组分的质量百分比为二氧化硅(SiO2)54-56％，氧化钙(CaO)22.5-24％，氧化镁(MgO)17-18％，余为杂质。
3.根据权力要求1或2所述的氧化铝/透辉石陶瓷复合材料的制备方法，其特征包括以下步骤1)、配料按氧化铝96-99.5％、透辉石0.5-4％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，烧结温度1400-1500℃，烧结压力25-30MPa，烧结时间1小时，保温保压30-40分钟。
全文摘要
本发明属陶瓷材料领域，涉及一种晶间气孔少、抗弯强度和断裂韧性高的氧化铝/透辉石陶瓷复合材料及其制备方法。该复合材料各组分的质量百分比为氧化铝96－99.5％、透辉石0.5－4％。制备方法是首先采用硬质合金球将原料混合球磨后，使粉料通过100目筛，制得混合粉体；再将混合粉体装入石墨模具中模压成型，在氮气气氛下热压烧结；烧结温度1400－1500℃，烧结压力25－30MPa，烧结时间1小时，保温保压30－40分钟。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、喷沙嘴、轴承等零部件。该复合材料制备工艺简单、原材料成本低，生产投资少。
文档编号C04B35/622GK1762892SQ200510044288
公开日2006年4月26日 申请日期2005年8月22日 优先权日2005年8月22日
发明者张希华, 张建华, 刘长霞, 李木森, 明凤, 徐明刚 申请人:山东大学