[發明專利]碳化鋯鈦顆粒增強硅鋁碳化鈦鋯基復合材料及其制備方法

無效

• 申請號: 200710012100.6
• 申請日: 2007-07-13
• 公開（公告）號: CN101343183A
• 公開（公告）日: 2009-01-14
• 發明（設計）人: 周延春;萬德田;包亦望
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C04B35/56
• 分類號: C04B35/56;C04B35/78
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司
• 代理人: 張志偉

技術領域

本發明涉及陶瓷基復合材料及制備方法，具體為一種原位熱壓/固-液相反應制備的碳化鋯鈦((ZrTi)C)顆粒增強硅鋁碳化鈦鋯((TiZr)₃Si(Al)C₂)基復合材料及其制備方法。

背景技術

Ti₃SiC₂是一種新型的三元層狀陶瓷材料。美國陶瓷學會會刊(Journal?of?theAmerican?Ceramic?Society?79，1953(1996))中研究表明它綜合了陶瓷和金屬的諸多優點，具有低密度、高模量、高強度、高的電導率和熱導率以及易加工等特點，因而具有廣闊的應用前景。但作為一種結構材料，Ti₃SiC₂的硬度和耐磨性偏低，限制了其廣泛應用。在材料學報(Acta?Materials?52，3631(2004))和材料研究創新(Material?Research?Innovations?8，97(2004))中研究表明通過以適量的鋁取代硅碳化鈦中的硅而形成硅鋁碳化鈦固溶體(Ti₃Si(Al)C₂)，可以在比較大的范圍內提高其抗氧化性能，但是其高溫強度大幅度下降。研究表明，通過引入元素Zr可以形成(TiZr)₃(SiAl)C₂固溶體，硬度值提高50％，而其他力學性能相當。

發明內容

本發明的目的在于提供一種力學性能好(包括高溫力學性能)、純度高、致密度高、操作簡單、工藝條件容易控制、成本低的碳化鋯鈦顆粒增強硅鋁碳化鈦鋯基復合材料((TiZr)₃Si(Al)C₂/(ZrTi)C)及其制備方法。

本發明的技術方案是：

一種碳化鋯鈦顆粒增強硅鋁碳化鈦鋯基復合材料，主要由碳化鋯鈦((ZrTi)C)顆粒增強相和硅鋁碳化鈦鋯固溶體((TiZr)₃Si(Al)C₂)基體組成，其中碳化鋯鈦顆粒增強相的體積百分數為5～30％，雜質的體積百分數在7％以下。

所述碳化鋯鈦顆粒增強硅鋁碳化鈦鋯基復合材料的制備方法，以單質鈦粉、鋯粉、硅粉、鋁粉以及石墨粉作為原料，鋯粉、硅粉、鋁粉和石墨粉的摩爾比范圍為(0.80-1.30)∶(0.20-0.50)∶(0.35-0.55)∶(0.01-0.05)∶1。基體(TiZr)₃Si(Al)C₂固溶體中(Ti_1-xZr_x)∶(Si_1-yAl_y)∶C的摩爾比為3.0∶(1～1.2)∶2.0，其中Zr的原子摩爾取代量x為0.1，Al的原子摩爾取代量y的取值范圍為0＜y≤0.1。碳化鋯鈦((ZrTi)C)顆粒增強相中Zr_1-zTi_z)∶C的摩爾比為1∶1，其中Ti的原子摩爾取代量z的取值范圍為0＜z≤0.18，碳化鋯鈦顆粒增強相的含量通過調整原料粉中Ti、Zr、和C的量來控制。原料粉經物理機械方法混合10～25小時，裝入石墨模具中冷壓成型，施加的壓強為5～20MPa，在通有惰性氣體保護氣氛的熱壓爐內燒結，升溫速率為5～50℃/分鐘，燒結溫度為1400～1650℃、燒結時間為0.5～2小時、燒結壓強為20～40MPa。從而，制備出具有高純度、高硬度、高強度、高彈性模量、高韌性和高溫強度優異等綜合性能優越的碳化硅顆粒增強硅鋁碳化鈦基復合材料。

所述加入的鈦粉、鋯粉、硅粉、鋁粉、石墨粉粒度范圍為200～400目；所述燒結方式為熱壓燒結或熱等靜壓燒結；所述惰性氣體為氬氣、氦氣或氖氣；所述物理機械方法混合采用在酒精介質下的球磨法。