本发明涉及复合材料，具体涉及一种高强高韧陶瓷复合材料及其应用。
背景技术：
：复合材料通常具有不同材料相互取长补短的良好综合性能。复合材料兼有两种或两种以上材料的特点，能改善单一材料的性能，如提高强度、增加韧性和改善介电性能等。作为高温结构材料用的陶瓷复合材料，主要用于宇航，军工等部门。此外，在机械、化工、电子技术等领域也广泛采用各种陶瓷复合材料。陶瓷复合材料是以陶瓷为基体与各种纤维复合的一类复合材料。陶瓷基体可为氮化硅、碳化硅等高温结构陶瓷。这些先进陶瓷具有耐高温、高强度和刚度、相对重量较轻、抗腐蚀等优异性能，而其致命的弱点是具有脆性，处于应力状态时，会产生裂纹，甚至断裂导致材料失效。而采用高强度、高弹性的纤维与基体复合，则是提高陶瓷韧性和可靠性的一个有效的方法。纤维能阻止裂纹的扩展，从而得到有优良韧性的纤维增强陶瓷基复合材料。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种高强高韧陶瓷复合材料及其应用。本发明的上述目的是通过下面的技术方案得以实现的：一种高强高韧陶瓷复合材料，由陶瓷基体、纤维、助剂复合而成，陶瓷基体、纤维、助剂的重量比为100:(35-45):(5-15)；所述陶瓷基体按照重量份由30-50份氮化硅和25-35份碳化硅组成；所述纤维为改性复合纤维，由玄武岩纤维和水镁石纤维按重量比(2-4):1混合后改性制得，改性方法为：先将复合纤维用质量分数为10-20％的三乙胺溶液超声浸泡2-4小时，清水冲洗至中性，烘干，再于450-550℃煅烧1-2小时，冷却后加入复合纤维重量7-9％的二异辛基二苯胺、4-6％的曲酸和2-4％的乙二胺四乙酸二盐，研磨混合均匀后于50-70℃烘干，过200-300目筛；所述助剂按重量份包括纳米氧化锆20-30份、纳米氧化铝5-15份、纳米蒙脱石粉4-8份和纳米萤石粉3-5份。进一步地，所述乙二胺四乙酸二盐为乙二胺四乙酸二钠或乙二胺四乙酸二钾。进一步地，所述陶瓷基体、纤维、助剂的重量比为10:4:1。进一步地，所述陶瓷基体按照重量份由40份氮化硅和30份碳化硅组成。进一步地，所述纤维为改性复合纤维，由玄武岩纤维和水镁石纤维按重量比3:1混合后改性制得，改性方法为：先将复合纤维用质量分数为15％的三乙胺溶液超声浸泡3小时，清水冲洗至中性，烘干，再于500℃煅烧1.5小时，冷却后加入复合纤维重量8％的二异辛基二苯胺、5％的曲酸和3％的乙二胺四乙酸二盐，研磨混合均匀后于60℃烘干，过200-300目筛。进一步地，所述助剂按重量份包括纳米氧化锆25份、纳米氧化铝10份、纳米蒙脱石粉6份和纳米萤石粉4份。上述高强高韧陶瓷复合材料的制备方法，包括步骤：步骤A，将陶瓷基体与助剂混合，球磨至分散均匀，过200-300目筛；步骤B，向步骤A所得粉体中加入相当于其重量25-35％的去离子水和4-8％乙二醇，混合成泥状；步骤C，向步骤B所得泥状物中加入改性复合纤维，球磨至分散均匀后于300-400℃煅烧2-4小时，冷却后粉碎过200-300目筛；步骤D，向步骤C所得粉体中加入其重量1.5-2.5倍的去离子水和20-30％甘油，球磨至分散均匀后于100-120℃烘干，过40-60目筛，在1600-1700℃下热压40-60分钟即得，其中，热压压力为26-30MPa。本发明的优点：本发明提供的陶瓷复合材料不仅强度和硬度高，而且韧性优异，在应力状态下不易产生裂纹，与现有技术相比具有突出的实质性特点和显著的进步。具体实施方式下面结合实施例进一步说明本发明的实质性内容。实施例1：陶瓷复合材料的制备由陶瓷基体、纤维、助剂复合而成，陶瓷基体、纤维、助剂的重量比为100:40:10；所述陶瓷基体按照重量份由40份氮化硅和30份碳化硅组成；所述纤维为改性复合纤维，由玄武岩纤维和水镁石纤维按重量比3:1混合后改性制得，改性方法为：先将复合纤维用质量分数为15％的三乙胺溶液超声浸泡3小时，清水冲洗至中性，烘干，再于500℃煅烧1.5小时，冷却后加入复合纤维重量8％的二异辛基二苯胺、5％的曲酸和3％的乙二胺四乙酸二盐，研磨混合均匀后于60℃烘干，过200-300目筛；所述助剂按重量份包括纳米氧化锆25份、纳米氧化铝10份、纳米蒙脱石粉6份和纳米萤石粉4份。其中，乙二胺四乙酸二盐为乙二胺四乙酸二钠，也可用乙二胺四乙酸二钾。制备方法：步骤A，将陶瓷基体与助剂混合，球磨至分散均匀，过200-300目筛；步骤B，向步骤A所得粉体中加入相当于其重量30％的去离子水和6％乙二醇，混合成泥状；步骤C，向步骤B所得泥状物中加入改性复合纤维，球磨至分散均匀后于350℃煅烧3小时，冷却后粉碎过200-300目筛；步骤D，向步骤C所得粉体中加入其重量2倍的去离子水和25％甘油，球磨至分散均匀后于110℃烘干，过40-60目筛，在1650℃下热压50分钟即得，热压压力为28MPa。实施例2：陶瓷复合材料的制备由陶瓷基体、纤维、助剂复合而成，陶瓷基体、纤维、助剂的重量比为100:35:15；所述陶瓷基体按照重量份由30份氮化硅和25份碳化硅组成；所述纤维为改性复合纤维，由玄武岩纤维和水镁石纤维按重量比2:1混合后改性制得，改性方法为：先将复合纤维用质量分数为10％的三乙胺溶液超声浸泡4小时，清水冲洗至中性，烘干，再于450℃煅烧2小时，冷却后加入复合纤维重量7％的二异辛基二苯胺、4％的曲酸和2％的乙二胺四乙酸二盐，研磨混合均匀后于50℃烘干，过200-300目筛；所述助剂按重量份包括纳米氧化锆20份、纳米氧化铝5份、纳米蒙脱石粉4份和纳米萤石粉3份。其中，乙二胺四乙酸二盐为乙二胺四乙酸二钠，也可用乙二胺四乙酸二钾。制备方法：步骤A，将陶瓷基体与助剂混合，球磨至分散均匀，过200-300目筛；步骤B，向步骤A所得粉体中加入相当于其重量30％的去离子水和6％乙二醇，混合成泥状；步骤C，向步骤B所得泥状物中加入改性复合纤维，球磨至分散均匀后于350℃煅烧3小时，冷却后粉碎过200-300目筛；步骤D，向步骤C所得粉体中加入其重量2倍的去离子水和25％甘油，球磨至分散均匀后于110℃烘干，过40-60目筛，在1650℃下热压50分钟即得，热压压力为28MPa。实施例3：陶瓷复合材料的制备由陶瓷基体、纤维、助剂复合而成，陶瓷基体、纤维、助剂的重量比为100:45:5；所述陶瓷基体按照重量份由50份氮化硅和35份碳化硅组成；所述纤维为改性复合纤维，由玄武岩纤维和水镁石纤维按重量比4:1混合后改性制得，改性方法为：先将复合纤维用质量分数为20％的三乙胺溶液超声浸泡2小时，清水冲洗至中性，烘干，再于550℃煅烧1小时，冷却后加入复合纤维重量9％的二异辛基二苯胺、6％的曲酸和4％的乙二胺四乙酸二盐，研磨混合均匀后于70℃烘干，过200-300目筛；所述助剂按重量份包括纳米氧化锆30份、纳米氧化铝15份、纳米蒙脱石粉8份和纳米萤石粉5份。其中，乙二胺四乙酸二盐为乙二胺四乙酸二钠，也可用乙二胺四乙酸二钾。制备方法：步骤A，将陶瓷基体与助剂混合，球磨至分散均匀，过200-300目筛；步骤B，向步骤A所得粉体中加入相当于其重量30％的去离子水和6％乙二醇，混合成泥状；步骤C，向步骤B所得泥状物中加入改性复合纤维，球磨至分散均匀后于350℃煅烧3小时，冷却后粉碎过200-300目筛；步骤D，向步骤C所得粉体中加入其重量2倍的去离子水和25％甘油，球磨至分散均匀后于110℃烘干，过40-60目筛，在1650℃下热压50分钟即得，热压压力为28MPa。实施例4：陶瓷复合材料的制备由陶瓷基体、纤维、助剂复合而成，陶瓷基体、纤维、助剂的重量比为100:35:10；所述陶瓷基体按照重量份由40份氮化硅和30份碳化硅组成；所述纤维为改性复合纤维，由玄武岩纤维和水镁石纤维按重量比3:1混合后改性制得，改性方法为：先将复合纤维用质量分数为15％的三乙胺溶液超声浸泡3小时，清水冲洗至中性，烘干，再于500℃煅烧1.5小时，冷却后加入复合纤维重量8％的二异辛基二苯胺、5％的曲酸和3％的乙二胺四乙酸二盐，研磨混合均匀后于60℃烘干，过200-300目筛；所述助剂按重量份包括纳米氧化锆25份、纳米氧化铝10份、纳米蒙脱石粉6份和纳米萤石粉4份。其中，乙二胺四乙酸二盐为乙二胺四乙酸二钠，也可用乙二胺四乙酸二钾。制备方法：步骤A，将陶瓷基体与助剂混合，球磨至分散均匀，过200-300目筛；步骤B，向步骤A所得粉体中加入相当于其重量30％的去离子水和6％乙二醇，混合成泥状；步骤C，向步骤B所得泥状物中加入改性复合纤维，球磨至分散均匀后于350℃煅烧3小时，冷却后粉碎过200-300目筛；步骤D，向步骤C所得粉体中加入其重量2倍的去离子水和25％甘油，球磨至分散均匀后于110℃烘干，过40-60目筛，在1650℃下热压50分钟即得，热压压力为28MPa。实施例5：陶瓷复合材料的制备由陶瓷基体、纤维、助剂复合而成，陶瓷基体、纤维、助剂的重量比为100:45:10；所述陶瓷基体按照重量份由40份氮化硅和30份碳化硅组成；所述纤维为改性复合纤维，由玄武岩纤维和水镁石纤维按重量比3:1混合后改性制得，改性方法为：先将复合纤维用质量分数为15％的三乙胺溶液超声浸泡3小时，清水冲洗至中性，烘干，再于500℃煅烧1.5小时，冷却后加入复合纤维重量8％的二异辛基二苯胺、5％的曲酸和3％的乙二胺四乙酸二盐，研磨混合均匀后于60℃烘干，过200-300目筛；所述助剂按重量份包括纳米氧化锆25份、纳米氧化铝10份、纳米蒙脱石粉6份和纳米萤石粉4份。其中，乙二胺四乙酸二盐为乙二胺四乙酸二钠，也可用乙二胺四乙酸二钾。制备方法：步骤A，将陶瓷基体与助剂混合，球磨至分散均匀，过200-300目筛；步骤B，向步骤A所得粉体中加入相当于其重量30％的去离子水和6％乙二醇，混合成泥状；步骤C，向步骤B所得泥状物中加入改性复合纤维，球磨至分散均匀后于350℃煅烧3小时，冷却后粉碎过200-300目筛；步骤D，向步骤C所得粉体中加入其重量2倍的去离子水和25％甘油，球磨至分散均匀后于110℃烘干，过40-60目筛，在1650℃下热压50分钟即得，热压压力为28MPa。实施例6：实施例1的对比，纤维为未改性的复合纤维由陶瓷基体、纤维、助剂复合而成，陶瓷基体、纤维、助剂的重量比为100:40:10；所述陶瓷基体按照重量份由40份氮化硅和30份碳化硅组成；所述纤维为复合纤维，由玄武岩纤维和水镁石纤维按重量比3:1混合制得；所述助剂按重量份包括纳米氧化锆25份、纳米氧化铝10份、纳米蒙脱石粉6份和纳米萤石粉4份。其中，乙二胺四乙酸二盐为乙二胺四乙酸二钠，也可用乙二胺四乙酸二钾。制备方法：步骤A，将陶瓷基体与助剂混合，球磨至分散均匀，过200-300目筛；步骤B，向步骤A所得粉体中加入相当于其重量30％的去离子水和6％乙二醇，混合成泥状；步骤C，向步骤B所得泥状物中加入复合纤维，球磨至分散均匀后于350℃煅烧3小时，冷却后粉碎过200-300目筛；步骤D，向步骤C所得粉体中加入其重量2倍的去离子水和25％甘油，球磨至分散均匀后于110℃烘干，过40-60目筛，在1650℃下热压50分钟即得，热压压力为28MPa。实施例7：效果实施例分别测试实施例1-6所得陶瓷复合材料的维氏硬度、抗弯强度和断裂韧性，结果如下表：维氏硬度(GPa)抗弯强度(MPa)断裂韧性(MPa·m1/2)实施例198121021实施例295118019实施例396119020实施例495118519实施例594117520实施例69010908某市售陶瓷8510206结果表明，本发明提供的陶瓷复合材料不仅强度和硬度高，而且韧性优异，在应力状态下不易产生裂纹，与现有技术相比具有突出的实质性特点和显著的进步。当前第1页1 2 3