专利名称：等原子比TiNi形状记忆合金颗粒增韧的氧化铝陶瓷及其制备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种氧化铝陶瓷及其制备方法，尤其涉及一种等原子比TiNi形状记 忆合金颗粒增韧的氧化铝陶瓷及其制备方法。
背景技术：
TiNi合金是Ti和Ni元素等原子比的金属间化合物，具有形状记忆效应、耐蚀性能 和超弹性能。TiM合金在温度或载荷的一定范围内变化时会产生热弹性马氏体相变，通过 相变，此类材料可以记忆变形前的形状，并且可以恢复高达10%的形变(金属间化合物，如 不锈钢通常只能恢复不到的形变)。通过改变温度或移去加载的压力，TiNi合金可恢 复成原始的状态。近几年，由于TiNi合金具有超弹性能和较好的生物相容性而作为植入材 料，主要应用在生物医学上。考虑到TiNi合金具有优异的形状记忆功能，其晶格内的相变 将带来类似氧化锆相变时带来的体积变化，体积变化将改变应力状态和其他性质。因此，应 用这一新的陶瓷增韧方法制备可实用化新材料并研究其强韧化机制将具有重要的科学意 义和实用价值。
发明内容
针对现有技术，本发明的目的在于提供一种成本低廉，制备工艺简单，化学组成稳 定，产品性能优异的等原子比TiM形状记忆合金颗粒增韧的氧化铝陶瓷及其制备方法。本发明所述等原子比的TiNi形状记忆合金颗粒增韧的氧化铝陶瓷，其特征在于， 所述氧化铝陶瓷由如下步骤制得A.机械合金化法制备等原子比的TiNi形状记忆合金颗粒；B.按TiNi形状记忆合金颗粒氧化铝氧化铝球磨球质量比为2. 5 15 33 37 245的比例分别称取TiNi形状记忆合金颗粒、氧化铝和氧化铝球磨球；C.将步骤B中称好的材料装入行星式球磨罐中，室温下300士 lOr/min球磨7士 1 小时；D.将步骤C球磨后的混合粉料置于设定石墨模具中，并将石墨模具放置于多功能 烧结炉中，以10士 1°C /min升温至1100 1400°C，并加压至25士 IMpa进行烧结；E.将步骤D中的石墨模具在多功能烧结炉中保温1小时士 10分钟后停止加热，然 后使石墨模具在多功能烧结炉中自然冷却至室温；F.对步骤E中烧结好的陶瓷块进行磨削、切割处理，得到等原子比的TiNi形状记 忆合金颗粒增韧的氧化铝陶瓷成品。其中步骤A所述机械合金化法制备等原子比的TiNi形状记忆合金颗粒的工艺参 数为球磨罐充氩气室温下300士 lOr/min球磨15小时，球料比为6 1。其中步骤B所述TiNi形状记忆合金颗粒氧化铝氧化铝球磨球质量比中，由 TiNi形状记忆合金颗粒、氧化铝组成的混合粉料与氧化铝球磨球的质量比始终为1 6。其中步骤D所述烧结温度优选1250 1300°C，压力优选25Mpa ；所述石墨模具和多功能烧结炉均是现有设备，例如日本富士电波公司生产的FVPHP-R-5，规格FRET-20。本发明把形状记忆合金制成颗粒状嵌入(均勻分散于)陶瓷基体中，利用类似氧 化锆的体积相变强化陶瓷材料，提高材料在特定温区的性能。等原子比的TiM形状记忆合 金颗粒增韧氧化铝陶瓷的机理主要有两个方面第一是分散于氧化铝陶瓷基体内的TiM 形状记忆合金颗粒处于奥氏体状态，将复合材料冷却到Mf (马氏体相变完成的温度)以下， 会产生奥氏体向低温马氏体相的转变的过程，造成相变部分体积膨胀，使材料内部的裂纹 前沿出现压应力区域，内部的损伤裂纹自动闭合，增加复合材料的韧性；第二是分散于氧化 铝陶瓷基体内的TiNi形状记忆合金颗粒在室温时以奥氏体的形态存在，当对复合材料施 加应力时，奥氏体发生相变，形成马氏体，相变过程中，外加应力所做的功将转变为储存于 马氏体相内的能量V (V = VJV2)；当去除应力后，应变因应力诱发马氏体逆变为母相而回 复，这一马氏体逆相变过程会释放前面相变过程所吸收的部分能量V1,这样剩余的能量V2 就被储存下来，增加复合材料的韧性。本发明有益效果是使用的设备简单而且安全性好，成本较低，制备工艺稳定，操 作处理简单，生产效率高，产品性能好，TiNi形状记忆合金颗粒增韧的氧化铝陶瓷的断裂韧 性达到7. 23Mpa · m1/2,比纯氧化铝陶瓷提高51%。
具体实施例方式实施例1 机械合金化法制备等原子比的TiNi形状记忆合金颗粒。称取26. 4105gNi粉，21. 5415gTi粉，300g不锈钢钢球装入行星式球磨罐中，向球 磨罐中充入适量氩气，室温下以300r/min的转速球磨15小时。将球磨后的粉体在550°C保 温1. 5小时，进行退火处理，即可得到等原子比TiNi形状记忆合金颗粒。实施例2 以TiNi形状记忆合金颗粒作增强相、以氧化铝作基体经热压烧结制备 氧化铝陶瓷。称取1. 85gTiNi形状记忆合金颗粒，35. 15g氧化铝，245g氧化铝球磨球装入行星 式球磨罐中。室温下300r/min，球磨7小时。将球磨后的混合粉料置于直径为42mm的石墨 模具中，在多功能烧结炉(日本富士电波公司生产的FVPHP-R-5，规格FRET-20)中以10°C / min升温至1300°C，加压25Mpa进行烧结，保温1小时后停止加热，使其在炉中自然冷却到室温。将烧结好的陶瓷块经磨削，切割等工艺得到成品。试验检测证实=TiNi形状记忆合金颗粒增韧的氧化铝陶瓷的断裂韧性达到 7. 23Mpa · m1/2,比纯氧化铝陶瓷提高51 %。实施例3 以TiNi形状记忆合金颗粒作增强相、以氧化铝作基体经热压烧结制备 氧化铝陶瓷。称取3. 7gTiNi形状记忆合金颗粒，33. 3g氧化铝，245g氧化铝球磨球装入行星式 球磨罐中。室温下300r/min，球磨7小时。将球磨后的混合粉料置于直径为42mm的石墨模 具中，在多功能烧结炉中以10°C /min升温至1100 1400°C，加压25Mpa进行烧结，保温1 小时后停止加热，使其在炉中自然冷却到室温。将烧结好的陶瓷块经磨削，切割等工艺得到成品。实施例4 以TiNi形状记忆合金颗粒作增强相、以氧化铝作基体经热压烧结制备
4氧化铝陶瓷。称取5. 55gTiNi形状记忆合金颗粒，31. 45g氧化铝，245g氧化铝球磨球装入行星 式球磨罐中。室温下300r/min，球磨7小时。将球磨后的混合粉料置于直径为42mm的石墨 模具中，在多功能烧结炉中以10°C /min升温至1300 1400°C，加压25Mpa进行烧结，保温 1小时后停止加热，使其在炉中自然冷却到室温。将烧结好的陶瓷块经磨削，切割等工艺得到成品。实施例5 以TiNi形状记忆合金颗粒作增强相、以氧化铝作基体经热压烧结制备 氧化铝陶瓷。称取7. 4gTiNi形状记忆合金颗粒，29. 6g氧化铝，245g氧化铝球磨球装入行星式 球磨罐中。室温下300r/min，球磨7小时。将球磨后的混合粉料置于直径为42mm的石墨模 具中，在多功能烧结炉中以10°C /min升温至1100 1200°C，加压25Mpa进行烧结，保温1 小时后停止加热，使其在炉中自然冷却到室温。将烧结好的陶瓷块经磨削，切割等工艺得到成品。
权利要求
一种等原子比的TiNi形状记忆合金颗粒增韧的氧化铝陶瓷，其特征在于，所述氧化铝陶瓷由如下步骤制得A.机械合金化法制备等原子比的TiNi形状记忆合金颗粒；B.按TiNi形状记忆合金颗粒∶氧化铝∶氧化铝球磨球质量比为2.5～15∶33～37∶245的比例分别称取TiNi形状记忆合金颗粒、氧化铝和氧化铝球磨球；C.将步骤B中称好的材料装入行星式球磨罐中，室温下300±10r/min球磨7±1小时；D.将步骤C球磨后的混合粉料置于设定石墨模具中，并将石墨模具放置于多功能烧结炉中，以10±1℃/min升温至1100～1400℃，并加压至25±1Mpa进行烧结；E.将步骤D中的石墨模具在多功能烧结炉中保温1小时±10分钟后停止加热，然后使石墨模具在多功能烧结炉中自然冷却至室温；F.对步骤E中烧结好的陶瓷块进行磨削、切割处理，得到等原子比的TiNi形状记忆合金颗粒增韧的氧化铝陶瓷成品。
2.根据权利要求1所述的等原子比的TiM形状记忆合金颗粒增韧的氧化铝陶瓷，其特 征在于步骤A所述机械合金化法制备等原子比的TiNi形状记忆合金颗粒的 工艺参数为 球磨罐充氩气室温下300士 lOr/min球磨15小时，球料比为6 1。
3.根据权利要求1所述的等原子比的TiM形状记忆合金颗粒增韧的氧化铝陶瓷，其 特征在于步骤B所述TiNi形状记忆合金颗粒氧化铝氧化铝球磨球质量比中，由TiNi 形状记忆合金颗粒、氧化铝组成的混合粉料与氧化铝球磨球的质量比始终为1 6。
4.根据权利要求1所述的等原子比的TiM形状记忆合金颗粒增韧的氧化铝陶瓷，其特 征在于步骤D所述烧结温度为1250 1300°C，压力为25Mpa。
全文摘要
本发明公开了一种等原子比的TiNi形状记忆合金颗粒增韧的氧化铝陶瓷及其制备，本发明的TiNi形状记忆合金颗粒增韧的氧化铝陶瓷的断裂韧性达到7.23MPa·m1/2，比纯氧化铝陶瓷提高51％。本发明使用的设备操作简单安全性好，成本较低，制备工艺稳定，生产效率高，产品性能好，较适宜工业化生产。
文档编号C04B35/622GK101891494SQ20101020487
公开日2010年11月24日 申请日期2010年6月22日 优先权日2010年6月22日
发明者孙康宁, 杨秀青, 欧阳俊, 邢政 申请人:山东大学