[發明專利]一種鈦酸鋁納米纖維增韌氧化鋁復合材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201010136463.2
• 申請日: 2010-03-31
• 公開（公告）號: CN101805199A
• 公開（公告）日: 2010-08-18
• 發明（設計）人: 周紹春;吳振軍;萬俊松
• 申請（專利權）人: 周紹春
• 主分類號: C04B35/80
• 分類號: C04B35/80;C04B35/626
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• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于新型復合功能材料領域，具體涉及一種采用鈦酸鋁納米纖維增 韌的耐磨損、抗熱沖擊氧化鋁基新型復合材料及其制備方法。

背景技術

由于具有高硬度與優異的耐高溫、耐磨與耐腐蝕性能，氧化鋁在工程機械、 飛機與汽車尾氣排放、電氣電子、化石能源(石油、天然氣、煤)、、建筑、 交通、生物醫學等諸多領域獲得了廣泛的應用。但作為陶瓷材料，氧化鋁的 燒結溫度通常在1500℃以上，且較低的斷裂韌性使其脆性較高，抗機械沖擊 與加工性能較差，此外，氧化鋁的熱膨脹系數也相對較高，在頻繁的熱沖擊 下也容易產生裂紋損壞。為滿足長期穩定可靠的機械力學、熱學以及化學應 用性能，目前主要通過摻雜途徑來改善氧化鋁的相應性能。采用的改性材料 包括氧化鋯、碳化硅、氮化硼、碳化鈦、稀土氮化物、莫來石、硅酸鋁、碳 材、玻璃體、金屬等，摻雜材料的形態包括不規則大顆粒、超細粉體、纖維 等，摻雜方式包括單一摻雜或復合配方摻雜，也有采用異向生長氧化鋁晶粒 進行自增韌的相關研究[現代技術陶瓷，2006，3：31]。

在目前開發的氧化鋁改性體系中，氧化鋯粉體已作為一種最常用的改性成 分制備氧化鋯改性氧化鋁(俗稱ZTA)[發明專利02111742.X、 200610011190.2、200710178148.4、200910019968.8]，但要獲得良好的改性 效果，需首先獲得具有納米超細粉體、片狀或線狀等特殊形態的氧化鋯，并 將氧化鋯充分均勻分散到氧化鋁粉末中，分散設備與工藝要求較高，加上氧 化鋯制備原料昂貴，因此ZTA的制備成本較高；采用氮化物、碳化物以及稀 土等物質進行摻雜[發明專利200510044750.X、200610043811.5、 200910015239.5、200910072369.2]，同樣也面臨原料價格高、制備與分散技 術復雜等問題；莫來石和硅酸鋁雖然相對便宜，但其機械強度較差，增韌效 果有限，且莫來石和硅酸鋁的耐酸蝕性能相對不足[發明專利 200610091975.5；礦冶工程，2005，4：73]；碳材(包括碳纖維與碳納米管) 的制備成本較高，不容易在氧化鋁中分散，且改性材料需在惰性氣體保護下 才能燒結，因此，盡管碳材摻雜能顯著提高氧化鋁的斷裂韌性，但過高的改 性成本使其難以規模化生產，市場競爭力有限[國防科技大學學報，1998，5： 14；發明專利200710056691.7]；雖然普通玻璃體便宜易得，但在800℃以下 會出現軟化變脆現象，抗機械與熱沖擊性能還有待提高，部分特種玻璃雖然 可耐1200℃左右的溫度，但其價格非常昂貴，不適宜大量應用[真空電子技術， 2005，4：15]；摻雜金屬可提高氧化鋁的斷裂韌性與可加工成型性能，但金屬 比重較大、耐酸蝕能力差、熱膨脹系數與氧化鋁差異大、不易在氧化鋁中均 勻分散、且需在惰性保護氣氛中燒結，極大地限制了金屬在氧化鋁改性中的 應用[納米復相陶瓷，北京：化學工業出版社，2004：199]。

基于上述氧化鋁改性研發的不足，現實非常需要在低成本下開發增韌效果 明顯、熱膨脹匹配且抗熱沖擊性能優異、耐磨耐腐蝕的新型改性氧化鋁復合 材料及其制備方法。據此，本項目首次以鋁的氧化物或氫氧化物和鈦白粉為 原料制備鈦酸鋁納米纖維前驅體，再與氧化鋁在堿熱環境中分散形成膠糊狀 物質，經干燥和簡單的程序升溫焙燒后，首次獲得了以鈦酸鋁納米纖維為增 韌相得氧化鋁基復合材料，相對于氧化鋁和其它材料摻雜改性氧化鋁材料， 本發明公開的鈦酸鋁納米纖維改性氧化鋁復合材料既具有顯著提高的斷裂韌 性和抗彎強度，同時由于引入了熱膨脹系數更低的鈦酸鋁，其耐高溫和抗熱 沖擊性能也明顯改善，是一種非常有希望應用于工程機械、采礦冶金、發電、 飛機與汽車尾氣排放、石油天然氣的開采與儲運、特種加工刀具、電子電氣 等多種國民經濟發展重要行業的新型功能材料。

發明內容

本發明所解決的技術問題在于提供一種鈦酸鋁納米纖維增韌氧化鋁復合 材料及其制備方法，以解決上述背景技術中的缺點。