专利名称：ZnAl的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种硼酸铝晶须增强铝基或镁基复合材料及其制备方法。
背景技术：
现有硼酸铝晶须复合材料中硼酸铝晶须与基体浸润性差，界面结合强度不高，而且硼酸铝晶须与基体中的元素发生界面反应，不仅损伤了硼酸铝晶须的完整性，而且在界面形成脆性相，降低了复合材料的力学性能，严重地制约了复合材料的应用。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有复合材料中硼酸铝晶须与基体浸润性差，硼酸铝晶须与基体中的元素发生界面反应，不仅损伤了硼酸铝晶须的完整性，而且在界面形成脆性相，降低了复合材料的力学性能，严重地制约了复合材料的应用，而提供的一种ZnAl2O4包覆硼酸铝晶须增强铝基或镁基复合材料及其制备方法。ZnAl2O4包覆硼酸铝晶须增强铝基或镁基复合材料由ZnO、硼酸铝晶须和铝基或镁基三种原料制成；其中ZnO的质量是硼酸铝晶须质量的2～30％，ZnO和硼酸铝晶须的体积占三种原料体积的15～30％，其余体积为铝基或镁基。其制备方法通过以下步骤实现(一)将硼酸铝晶须加入到ZnO的溶胶中搅拌至粘稠，其中ZnO的质量是硼酸铝晶须质量的2～30％；(二)溶胶在450～700℃下焙烧1～3h，然后用水分散、烘干、制成ZnO涂覆的硼酸铝晶须；(三)将ZnO涂覆的硼酸铝晶须制成预制块，并在800～1000℃下焙烧1～3h，得到硼酸铝晶须表面包覆ZnAl2O4的预制块；(四)挤压铸造，即得到ZnAl2O4包覆硼酸铝晶须增强铝基或镁基复合材料，其中ZnAl2O4包覆的陶瓷相的体积占复合材料体积的15～30％，复合材料其余70～85％的体积为铝基或镁基。
本发明中ZnO与硼酸铝反应形成ZnAl2O4包覆到硼酸铝晶须表面，提高了硼酸铝晶须与基体的浸润性，改善了硼酸铝晶须与基体的界面，ZnAl2O4能有效地阻碍硼酸铝晶须和基体中的元素不发生反应，使复合材料的力学性能显著提高，抗拉强度提高了10～30％、延伸率提高了50～100％。
图1是ZnO与硼酸铝晶须在不同质量比的情况下ZnAl2O4包覆硼酸铝晶须增强铝基或镁基复合材料的抗拉强度和延伸率测试图，曲线A表示ZnAl2O4包覆硼酸铝晶须增强铝基或镁基复合材料的延伸率曲线，曲线B表示ZnAl2O4包覆硼酸铝晶须增强铝基或镁基复合材料的抗拉强度曲线；图2是没有ZnAl2O4包覆的硼酸铝晶须的扫描电镜观察图，图3是ZnAl2O4包覆的硼酸铝晶须的扫描电镜观察图。
具体实施例方式
具体实施方式
一本实施方式ZnAl2O4包覆硼酸铝晶须增强铝基或镁基复合材料由ZnO、硼酸铝晶须和铝基或镁基三种原料制成；其中ZnO的质量是硼酸铝晶须质量的2～30％，ZnO和硼酸铝晶须的体积占三种原料体积的15～30％，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ZnO的质量是硼酸铝晶须质量的10～20％，ZnO和硼酸铝晶须的体积占三种原料体积的20～25％，其余体积为铝基或镁基。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一的不同点是ZnO的质量是硼酸铝晶须质量的15％，ZnO和硼酸铝晶须的体积占三种原料体积的23％，其余体积为铝基或镁基。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一的不同点是ZnO的质量是硼酸铝晶须质量的6％，ZnO和硼酸铝晶须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
五本实施方式与具体实施方式
一的不同点是ZnO的质量是硼酸铝晶须质量的25％，ZnO和硼酸铝晶须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
六本实施方式与具体实施方式
一、二、三、四或五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
七本实施方式通过以下步骤进行ZnAl2O4包覆硼酸铝晶须增强铝基或镁基复合材料的制备(一)将硼酸铝晶须加入到ZnO的溶胶中搅拌至粘稠，其中ZnO的质量是硼酸铝晶须质量的2～30％；(二)溶胶在450～700℃下焙烧1～3h，然后用水分散、烘干、制成ZnO涂覆的硼酸铝晶须；(三)将ZnO涂覆的硼酸铝晶须制成预制块，并在800～1000℃下焙烧1～3h，生成ZnAl2O4包覆的硼酸铝晶须坯料；(四)挤压铸造，即得到ZnAl2O4包覆硼酸铝晶须增强铝基或镁基复合材料，其中ZnAl2O4包覆的硼酸铝晶须坯料的体积占复合材料体积的15～30％，复合材料其余70～85％的体积为铝基或镁基。
本实施方式利用扫描电镜对ZnAl2O4包覆的硼酸铝晶须和没有ZnAl2O4包覆的硼酸铝晶须进行对比观察。图2是没有ZnAl2O4包覆的硼酸铝晶须的扫描电镜观察图，图3是ZnAl2O4包覆的硼酸铝晶须的扫描电镜观察图。通过观察可以发现ZnAl2O4包覆的硼酸铝晶须表面粗糙，证明硼酸铝晶须的界面得到明显改善。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
七的不同点是步骤(一)中ZnO的质量是硼酸铝晶须质量的10～20％。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
七的不同点是步骤(一)中ZnO的质量是硼酸铝晶须质量的15％。
具体实施方式
十本实施方式与具体实施方式
七的不同点是步骤(一)中ZnO占硼酸铝晶须质量的4％。
具体实施方式
十一本实施方式与具体实施方式
七的不同点是步骤(一)中ZnO的质量是硼酸铝晶须质量的27％。
具体实施方式
十二本实施方式与具体实施方式
七的不同点是步骤(二)中溶胶在500～650℃下焙烧1.5～2.5h。
具体实施方式
十三本实施方式与具体实施方式
七的不同点是步骤(二)中溶胶在550℃下焙烧2h。
具体实施方式
十四本实施方式与具体实施方式
七的不同点是步骤(二)中溶胶在600℃下焙烧2.5h。
具体实施方式
十五本实施方式与具体实施方式
七的不同点是步骤(二)中溶胶在450℃下焙烧1h。
具体实施方式
十六本实施方式与具体实施方式
七的不同点是步骤(二)中溶胶在700℃下焙烧3h。
具体实施方式
十七本实施方式与具体实施方式
七的不同点是步骤(三)将预制块在850～950℃下焙烧1.5～2.5h。
具体实施方式
十八本实施方式与具体实施方式
七的不同点是步骤(三)将预制块在900℃下焙烧2h。
具体实施方式
十九本实施方式与具体实施方式
七的不同点是步骤(四)中ZnAl2O4包覆的硼酸铝晶须坯料的体积占复合材料体积的20～25％，复合材料其余75～80％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
七的不同点是步骤(四)中ZnAl2O4包覆的硼酸铝晶须坯料的体积占复合材料体积的23％，复合材料其余77％的体积为铝基或镁基。
具体实施方式
二十一本实施方式与具体实施方式
七的不同点是步骤(四)中ZnAl2O4包覆的硼酸铝晶须坯料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
二十二本实施方式与具体实施方式
七的不同点是步骤(四)中ZnAl2O4包覆的硼酸铝晶须坯料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
二十三本实施方式与具体实施方式
七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ZnAl2O4包覆硼酸铝晶须增强铝基复合材料(一)将硼酸铝晶须加入到ZnO的溶胶中搅拌至粘稠，其中ZnO的质量是硼酸铝晶须质量的10％；(二)溶胶在450～700℃下焙烧1～3h，然后用水分散、烘干、制成ZnO涂覆的硼酸铝晶须；(三)将ZnO涂覆的硼酸铝晶须制成预制块，并在800～1000℃下焙烧1～3h，生成ZnAl2O4包覆的硼酸铝晶须坯料；(四)挤压铸造，即得到ZnAl2O4包覆硼酸铝晶须增强铝基复合材料，其中ZnAl2O4包覆的硼酸铝晶须坯料的体积占复合材料体积的20％，复合材料其余80％的体积为纯铝。
具体实施方式
二十五本实施方式制备ZnAl2O4包覆硼酸铝晶须增强铝基复合材料(一)将硼酸铝晶须加入到ZnO的溶胶中搅拌至粘稠，其中ZnO的质量是硼酸铝晶须质量的20％；(二)溶胶在450～700℃下焙烧1～3h，然后用水分散、烘干、制成ZnO涂覆的硼酸铝晶须；(三)将ZnO涂覆的硼酸铝晶须制成预制块，并在800～1000℃下焙烧1～3h，生成ZnAl2O4包覆的硼酸铝晶须坯料；(四)挤压铸造，即得到ZnAl2O4包覆硼酸铝晶须增强铝基复合材料，其中ZnAl2O4包覆的硼酸铝晶须坯料的体积占复合材料体积的30％，复合材料其余70％的体积为铝合金。
具体实施方式
二十六本实施方式制备ZnAl2O4包覆硼酸铝晶须增强镁基复合材料(一)将硼酸铝晶须加入到ZnO的溶胶中搅拌至粘稠，其中ZnO的质量是硼酸铝晶须质量的20％；(二)溶胶在450～700℃下焙烧1～3h，然后用水分散、烘干、制成ZnO涂覆的硼酸铝晶须；(三)将ZnO涂覆的硼酸铝晶须制成预制块，并在800～1000℃下焙烧1～3h，生成ZnAl2O4包覆的硼酸铝晶须坯料；(四)挤压铸造，即得到ZnAl2O4包覆硼酸铝晶须增强镁基复合材料，其中ZnAl2O4包覆的硼酸铝晶须坯料的体积占复合材料体积的15％，复合材料其余85％的体积为纯镁。
具体实施方式
二十七本实施方式制备ZnAl2O4包覆硼酸铝晶须增强镁基复合材料(一)将硼酸铝晶须加入到ZnO的溶胶中搅拌至粘稠，其中ZnO的质量是硼酸铝晶须质量的5％；(二)溶胶在450～700℃下焙烧1～3h，然后用水分散、烘干、制成ZnO涂覆的硼酸铝晶须；(三)将ZnO涂覆的硼酸铝晶须制成预制块，并在800～1000℃下焙烧1～3h，生成ZnAl2O4包覆的硼酸铝晶须坯料；(四)挤压铸造，即得到ZnAl2O4包覆硼酸铝晶须增强镁基复合材料，其中ZnAl2O4包覆的硼酸铝晶须坯料的体积占复合材料体积的25％，复合材料其余75％的体积为镁合金。
具体实施方式
二十八本实施方式对ZnAl2O4包覆硼酸铝晶须增强铝基或镁基复合材料进行力学性能测试，测试结果入图1所示。图1中曲线A表示ZnAl2O4包覆硼酸铝晶须增强铝基或镁基复合材料的延伸率曲线，曲线B表示ZnAl2O4包覆硼酸铝晶须增强铝基或镁基复合材料的抗拉强度曲线。
权利要求
1.ZnAl2O4包覆硼酸铝晶须增强铝基或镁基复合材料，其特征是它由ZnO、硼酸铝晶须和铝基或镁基三种原料制成；其中ZnO的质量是硼酸铝晶须质量的2～30％，ZnO和硼酸铝晶须的体积占三种原料体积的15～30％，其余体积为铝基或镁基。
2.根据权利要求1所述的ZnAl2O4包覆硼酸铝晶须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。
3.ZnAl2O4包覆硼酸铝晶须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)将硼酸铝晶须加入到ZnO的溶胶中搅拌至粘稠，其中ZnO的质量是硼酸铝晶须质量的2～30％；(二)溶胶在450～700℃下焙烧1～3h，然后用水分散、烘干、制成ZnO涂覆的硼酸铝晶须；(三)将ZnO涂覆的硼酸铝晶须制成预制块，并在800～1000℃下焙烧1～3h，得到硼酸铝晶须表面包覆ZnAl2O4的预制块；(四)挤压铸造，即得到ZnAl2O4包覆硼酸铝晶须增强铝基或镁基复合材料，其中ZnAl2O4包覆的陶瓷相的体积占复合材料体积的15～30％，复合材料其余70～85％的体积为铝基或镁基。
4.根据权利要求3所述的ZnAl2O4包覆硼酸铝晶须增强铝基或镁基复合材料的制备方法，其特征在于步骤(一)中ZnO的质量是硼酸铝晶须质量的10～20％。
5.根据权利要求3所述的ZnAl2O4包覆硼酸铝晶须增强铝基或镁基复合材料的制备方法，其特征在于步骤(二)中溶胶在500～650℃下焙烧1.5～2.5h。
6.根据权利要求3所述的ZnAl2O4包覆硼酸铝晶须增强铝基或镁基复合材料的制备方法，其特征在于步骤(三)中将预制块在850～950℃下焙烧1.5～2.5h。
7.根据权利要求3所述的ZnAl2O4包覆硼酸铝晶须增强铝基或镁基复合材料的制备方法，其特征在于步骤(四)中ZnAl2O4包覆的硼酸铝晶须坯料的体积占复合材料体积的20～25％，复合材料其余75～80％的体积为铝基或镁基。
8.根据权利要求3或7所述的ZnAl2O4包覆硼酸铝晶须增强铝基或镁基复合材料的制备方法，其特征在于铝基或镁基为纯铝、纯镁、铝合金或镁合余中的一种。
全文摘要
ZnAl
文档编号C22C33/02GK1786250SQ20051012732
公开日2006年6月14日 申请日期2005年12月9日 优先权日2005年12月9日
发明者费维栋, 岳红彦, 王黎东 申请人:哈尔滨工业大学