专利名称：ZnO涂覆的陶瓷相增强铝基或镁基复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种陶瓷相增强铝基或镁基复合材料及其制备方法。
背景技术：
现有复合材料中陶瓷相和基体的浸润性差，界面结合强度低，而且陶瓷相和基体中的元素发生反应，不仅损伤陶瓷相，还在界面形成脆性的尖晶石相，影响复合材料的力学性能。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有复合材料中陶瓷相和基体的浸润性差，界面结合强度低，影响复合材料力学性能的问题，今提供一种ZnO涂覆的陶瓷相增强铝基或镁基复合材料及其制备方法。ZnO涂覆的陶瓷相增强铝基或镁基复合材料由ZnO、陶瓷相和铝基或镁基三种原料制成；其中ZnO的质量是陶瓷相质量的2～30％，ZnO和陶瓷相的体积占三种原料体积的15～40％，其余体积为铝基或镁基。其制备方法通过以下步骤实现(一)将陶瓷相加入到ZnO的溶胶中搅拌至粘稠，其中ZnO的质量是陶瓷相质量的2～30％；(二)溶胶在450～600℃下焙烧1～2h，然后用水分散、烘干、制成ZnO涂覆的陶瓷相；(三)将ZnO涂覆的陶瓷相制成预制块，并在600～750℃下焙烧1～2h；(四)挤压铸造，即得到ZnO涂覆的陶瓷相增强铝基或镁基复合材料，其中ZnO涂覆的陶瓷相的体积占复合材料体积的15～40％，复合材料其余60～85％的体积为铝基或镁基。
本发明将ZnO涂覆到陶瓷相上，提高了陶瓷相与基体的浸润性，陶瓷相和基体中的元素不发生反应，陶瓷相完整，改善了陶瓷相与基体的界面结合，提高陶瓷相与基体的结合强度，使复合材料的力学性能显著提高，抗拉强度提高了5～20％、延伸率提高了45～90％。
图1是没有ZnO涂覆的陶瓷相的扫描电镜观察图，图2是ZnO涂覆的陶瓷相的扫描电镜观察图。
具体实施例方式
具体实施方式
一本实施方式ZnO涂覆的陶瓷相增强铝基或镁基复合材料由ZnO、陶瓷相和铝基或镁基三种原料制成；其中ZnO的质量是陶瓷相质量的2～30％，ZnO和陶瓷相的体积占三种原料体积的15～40％，其余体积为铝基或镁基。
具体实施方式
二本实施方式与具体实施方式
一的不同点是陶瓷相为颗粒、晶须中的一种或几种的混合物。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
二的不同点是颗粒为锂霞石颗粒、Al2O3颗粒、SiC颗粒、Si3N4颗粒、AlN颗粒、TiC颗粒中的一种或几种的混合物。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
二的不同点是晶须为9Al2O3·2B2O3(Al18B4O33)晶须、2MgO·B2O3(Mg2B3O5)晶须、SiC晶须、AlN晶须、Si3N4晶须、CaSO4晶须、CaCO3晶须中的一种或几种的混合物。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
一的不同点是铝基或镁基为纯铝、纯镁、铝合金或镁合金中的一种。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
一的不同点是ZnO的质量是陶瓷相质量的10～20％，ZnO和陶瓷相的体积占三种原料体积的20～35％，其余体积为铝基或镁基。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
一的不同点是ZnO的质量是陶瓷相质量的15％，ZnO和陶瓷相的体积占三种原料体积的27％，其余体积为铝基或镁基。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
一的不同点是ZnO的质量是陶瓷相质量的6％，ZnO和陶瓷相的体积占三种原料体积的18％，其余体积为铝基或镁基。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
一的不同点是ZnO的质量是陶瓷相质量的25％，ZnO和陶瓷相的体积占三种原料体积的37％，其余体积为铝基或镁基。
具体实施方式
十本实施方式通过以下步骤进行ZnO涂覆的陶瓷相增强铝基或镁基复合材料的制备(一)将陶瓷相加入到ZnO的溶胶中搅拌至粘稠，其中ZnO的质量是陶瓷相质量的2～30％；(二)溶胶在450～600℃下焙烧1～2h，然后用水分散、烘干、制成ZnO涂覆的陶瓷相；(三)将ZnO涂覆的陶瓷相制成预制块，并在600～750℃下焙烧1～2h；(四)挤压铸造，即得到ZnO涂覆的陶瓷相增强铝基或镁基复合材料，其中ZnO涂覆的陶瓷相的体积占复合材料体积的15～40％，复合材料其余60～85％的体积为铝基或镁基。
本实施方式利用扫描电镜对ZnO涂覆的陶瓷相和没有ZnO涂覆的陶瓷相进行对比观察。图1是没有ZnO涂覆的陶瓷相的扫描电镜观察图，图2是ZnO涂覆的陶瓷相的扫描电镜观察图。通过观察可以发现ZnO涂覆的陶瓷相表面粗糙，证明陶瓷相的界面得到明显改善。
具体实施方式
十一本实施方式与具体实施方式
十的不同点是步骤(一)中ZnO的质量是陶瓷相质量的10～20％。
具体实施方式
十二本实施方式与具体实施方式
十的不同点是步骤(一)中ZnO的质量是陶瓷相质量的15％。
具体实施方式
十三本实施方式与具体实施方式
十的不同点是步骤(一)中ZnO的质量是陶瓷相质量的6％。
具体实施方式
十四本实施方式与具体实施方式
十的不同点是步骤(一)中ZnO的质量是陶瓷相质量的25％。
具体实施方式
十五本实施方式与具体实施方式
十的不同点是步骤(二)溶胶在500～550℃下焙烧1.5h。
具体实施方式
十六本实施方式与具体实施方式
十的不同点是步骤(四)中ZnO涂覆的陶瓷相的体积占复合材料体积的20～30％，复合材料其余70～80％的体积为铝基或镁基。
具体实施方式
十七本实施方式与具体实施方式
十的不同点是步骤(四)中ZnO涂覆的陶瓷相的体积占复合材料体积的27％，复合材料其余73％的体积为铝基或镁基。
具体实施方式
十八本实施方式与具体实施方式
十的不同点是步骤(四)中ZnO涂覆的陶瓷相的体积占复合材料体积的18％，复合材料其余82％的体积为铝基或镁基。
具体实施方式
十九本实施方式与具体实施方式
十的不同点是步骤(四)中ZnO涂覆的陶瓷相的体积占复合材料体积的37％，复合材料其余63％的体积为铝基或镁基。
具体实施方式
二十本实施方式与具体实施方式
十的不同点是陶瓷相为颗粒、晶须中的一种或几种的混合物。
具体实施方式
二十一本实施方式与具体实施方式
二十的不同点是颗粒为锂霞石颗粒、Al2O3颗粒、SiC颗粒、Si3N4颗粒、AlN颗粒、TiC颗粒中的一种或几种的混合物。
具体实施方式
二十二本实施方式与具体实施方式
二十的不同点是晶须为9Al2O3·2B2O3(Al18B4O33)晶须、2MgO·B2O3(Mg2B3O5)晶须、SiC晶须、AlN晶须、Si3N4晶须、CaSO4晶须、CaCO3晶须中的一种或几种的混合物。
具体实施方式
二十三本实施方式与具体实施方式
十的不同点是铝基或镁基为纯铝、纯镁、铝合金或镁合金中的一种。
具体实施方式
二十四本实施方式制备ZnO涂覆的陶瓷相增强镁基复合材料(一)将SiC颗粒100g加入到含有20g ZnO的溶胶中搅拌至粘稠；(二)溶胶在450～500℃下焙烧1～2h，然后用水分散、烘干、制成ZnO涂覆的SiC颗粒；(三)将ZnO涂覆的SiC颗粒制成预制块，并在600～750℃下焙烧1～2h；(四)挤压铸造，即得到ZnO涂覆的陶瓷相增强镁基复合材料，其中ZnO涂覆的SiC颗粒的体积占复合材料体积的40％，复合材料其余60％的体积为镁合金。
具体实施方式
二十五本实施方式制备ZnO涂覆的陶瓷相增强铝基复合材料(一)将硼酸镁晶须100g加入到含有2.5g ZnO的溶胶中搅拌至粘稠；(二)溶胶在500～550℃下焙烧1～2h，然后用水分散、烘干、制成ZnO涂覆的硼酸镁晶须；(三)将ZnO涂覆的硼酸镁晶须制成预制块，并在600～750℃下焙烧1～2h；(四)挤压铸造，即得到ZnO涂覆的陶瓷相增强铝基复合材料，其中ZnO涂覆的硼酸镁晶须的体积占复合材料体积的30％，复合材料其余70％的体积为纯铝。
具体实施方式
二十六本实施方式制备ZnO涂覆的陶瓷相增强铝基复合材料、(一)将AlN晶须、CaSO4晶须、锂霞石颗粒和Si3N4颗粒100g加入到含有10g ZnO的溶胶中搅拌至粘稠；(二)溶胶在500～550℃下焙烧1～2h，然后用水分散、烘干、制成ZnO涂覆的AlN晶须、ZnO涂覆的CaSO4晶须、ZnO涂覆的锂霞石颗粒和ZnO涂覆的Si3N4颗粒；(三)将ZnO涂覆的AlN晶须、ZnO涂覆的CaSO4晶须、ZnO涂覆的锂霞石颗粒和ZnO涂覆的Si3N4颗粒制成预制块，并在600～750℃下焙烧1～2h；(四)挤压铸造，即得到ZnO涂覆的陶瓷相增强铝基复合材料，其中ZnO涂覆的AlN晶须、ZnO涂覆的CaSO4晶须、ZnO涂覆的锂霞石颗粒和ZnO涂覆的Si3N4颗粒的总体积占复合材料体积的20％，复合材料其余80％的体积为铝合金。
具体实施方式
二十七本实施方式制备ZnO涂覆的陶瓷相增强镁基复合材料(一)将Al2O3颗粒、9Al2O3·2B2O3晶须须共100g加入到含有5g ZnO的溶胶中搅拌至粘稠；(二)溶胶在450～600℃下焙烧1～2h，然后用水分散、烘干、制成ZnO涂覆的Al2O3颗粒和ZnO涂覆的9Al2O3·2B2O3晶须；(三)将ZnO涂覆的Al2O3颗粒和ZnO涂覆的9Al2O3·2B2O3晶须制成预制块，并在600～750℃下焙烧1～2h；(四)挤压铸造，即得到ZnO涂覆的陶瓷相增强镁基复合材料，其中ZnO涂覆的Al2O3颗粒和ZnO涂覆的9Al2O3·2B2O3晶须的总体积占复合材料体积的25％，复合材料其余75％的体积为纯镁。
具体实施方式
二十八本实施方式制备ZnO涂覆的陶瓷相增强镁基复合材料(一)将TiC颗粒、Si3N4颗粒共100g加入到含有20g ZnO的溶胶中搅拌至粘稠；(二)溶胶在450～500℃下焙烧1～2h，然后用水分散、烘干、制成ZnO涂覆的TiC颗粒和ZnO涂覆的Si3N4颗粒；(三)将ZnO涂覆的TiC颗粒和ZnO涂覆的Si3N4颗粒制成预制块，并在600～750℃下焙烧1～2h；(四)挤压铸造，即得到ZnO涂覆的陶瓷相增强镁基复合材料，其中ZnO涂覆的TiC颗粒和ZnO涂覆的Si3N4颗粒的总体积占复合材料体积的35％，复合材料其余65％的体积为镁合金。
具体实施方式
二十九本实施方式制备ZnO涂覆的陶瓷相增强铝基复合材料(一)将Si3N4晶须、CaCO3晶须、AlN晶须共100g加入到含有30g ZnO的溶胶中搅拌至粘稠；(二)溶胶在450～600℃下焙烧1～2h，然后用水分散、烘干、制成ZnO涂覆的Si3N4晶须、ZnO涂覆的CaCO3晶须和ZnO涂覆的AlN晶须；(三)将ZnO涂覆的Si3N4晶须、ZnO涂覆的CaCO3晶须和ZnO涂覆的AlN晶须制成预制块，并在600～750℃下焙烧1～2h；(四)挤压铸造，即得到ZnO涂覆的陶瓷相增强铝基复合材料，其中ZnO涂覆的Si3N4晶须、ZnO涂覆的CaCO3晶须和ZnO涂覆的AlN晶须的总体积占复合材料体积的15％，复合材料其余85％的体积为铝合金。
权利要求
1.ZnO涂覆的陶瓷相增强铝基或镁基复合材料，其特征是它由ZnO、陶瓷相和铝基或镁基三种原料制成；其中ZnO的质量是陶瓷相质量的2～30％，ZnO和陶瓷相的体积占三种原料体积的15～40％，其余体积为铝基或镁基。
2.根据权利要求1所述的ZnO涂覆的陶瓷相增强铝基或镁基复合材料，其特征在于陶瓷相为颗粒、晶须中的一种或几种的混合物。
3.根据权利要求2所述的ZnO涂覆的陶瓷相增强铝基或镁基复合材料，其特征在于颗粒为锂霞石颗粒、Al2O3颗粒、SiC颗粒、Si3N4颗粒、AlN颗粒、TiC颗粒中的一种或几种的混合物。
4.根据权利要求2所述的ZnO涂覆的陶瓷相增强铝基或镁基复合材料，其特征在于晶须为9Al2O3·2B2O3晶须、2MgO·B2O3晶须、SiC晶须、AlN晶须、Si3N4晶须、CaSO4晶须、CaCO3晶须中的一种或几种的混合物。
5.根据权利要求1所述的ZnO涂覆的陶瓷相增强铝基或镁基复合材料，其特征在于铝基或镁基为纯铝、纯镁、铝合金或镁合金中的一种。
6.ZnO涂覆的陶瓷相增强铝基或镁基复合材料的制备方法，其特征在于它按下述步骤进行(一)将陶瓷相加入到ZnO的溶胶中搅拌至粘稠，其中ZnO的质量是陶瓷相质量的2～30％；(二)溶胶在450～600℃下焙烧1～2h，然后用水分散、烘干、制成ZnO涂覆的陶瓷相；(三)将ZnO涂覆的陶瓷相制成预制块，并在600～750℃下焙烧1～2h；(四)挤压铸造，即得到ZnO涂覆的陶瓷相增强铝基或镁基复合材料，其中ZnO涂覆的陶瓷相的体积占复合材料体积的15～40％，复合材料其余60～85％的体积为铝基或镁基。
全文摘要
ZnO涂覆的陶瓷相增强铝基或镁基复合材料及其制备方法，它涉及一种陶瓷相增强铝基或镁基复合材料及其制备方法。它解决了现有复合材料中陶瓷相和基体的浸润性差，界面结合强度低，影响复合材料力学性能的问题。ZnO涂覆的陶瓷相增强铝基或镁基复合材料由ZnO、陶瓷相和铝基或镁基三种原料制成。其制备方法1.将陶瓷相加入ZnO溶胶中；2.制备ZnO涂覆的陶瓷相；3.将ZnO涂覆的陶瓷相制成预制块并焙烧；4.挤压铸造，即得到ZnO涂覆的陶瓷相增强铝基或镁基复合材料。ZnO涂覆到陶瓷相上提高了陶瓷相与基体的浸润性，改善了陶瓷相与基体的界面，使复合材料的力学性能显著提高。
文档编号C22C1/05GK1793406SQ200510127309
公开日2006年6月28日 申请日期2005年12月6日 优先权日2005年12月6日
发明者费维栋, 岳红彦, 王黎东 申请人:哈尔滨工业大学