[發明專利]具有仿生結構的Al2O3陶瓷復合材料及制備方法

有效

• 申請號: 201110424802.1
• 申請日: 2011-12-16
• 公開（公告）號: CN103158295A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: 張永勝;齊亞娥;胡麗天
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘭州化學物理研究所
• 主分類號: B32B15/04
• 分類號: B32B15/04;B32B9/04;B32B37/06;B32B37/10
• 代理公司: 蘭州中科華西專利代理有限公司 62002
• 代理人: 方曉佳

技術領域

本發明涉及一種能陶瓷復合材料及制備方法，具體為熱壓制備基于仿生結構的Al₂O₃/Mo陶瓷復合材料及制備方法。

背景技術

Al₂O₃/金屬復合材料可望兼有金屬和陶瓷二者的優點，是當今最熱門的一種新型材料，也是Al₂O₃陶瓷材料最具前景的研究方向。但是，由傳統制備方法帶來的金屬相在材料中的不均勻分布等問題，在很大程度上限制了各相作用的發揮，導致材料性能的下降。仿生結構材料的出現，為陶瓷/金屬復合材料的強韌化提供了一種嶄新的研究和設計思路。進行陶瓷/金屬復合材料的仿貝殼層狀結構設計，可獲得高強高韌的先進陶瓷/金屬復合材料(Clegg?W?J，Kendall?K，Alford?N?M，et?al.A?simple?way?to?make?tough?ceramics.Nature，1990，347：455)。因此，設計制備具有仿貝殼層狀結構的陶瓷/金屬復合材料，并進行材料制備方法和工藝的優化，對陶瓷/金屬復合材料的實際應用將會產生重大的影響。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有仿生結構的Al₂O₃/Mo陶瓷復合材料及制備方法。

本發明的陶瓷復合材料為多層結構，由Al₂O₃和金屬Mo交替疊合而成，表層為Al₂O₃層，間隔層為金屬Mo層。

一種具有仿生結構的Al₂O₃陶瓷復合材料，其特征在于該材料由Al₂O₃和金屬Mo交替疊合而成層狀復合材料，表層為Al₂O₃層，間隔層為金屬Mo層；Al₂O₃層的厚度為0.1～0.5mm，Mo層的厚度為0.01～0.1mm；Al₂O₃層和Mo層的厚度比介于3和15之間，總層數為20-50層。

復合材料力學性能可控(主要是斷裂韌性和彎曲強度)、純度高、高溫摩擦學性能優異。采用本發明可以一次性完成復合材料的制備，可以方便地通過調整模具的尺寸和Al₂O₃及Mo層的數目而得到不同體積的復合材料，生產工藝簡單易行，成本低，且制備過程無污染，復合材料界面結合良好。

所述的Al₂O₃/Mo陶瓷復合材料的制備方法，其特征在于將粒度為100～200目的Al₂O₃粉和金屬Mo粉在石墨模具中交替疊層后直接放入熱壓爐內熱壓燒結，獲得Al₂O₃/Mo陶瓷復合材料。

所述的燒結方式為熱壓燒結或熱等靜壓燒結，升溫速率為5～20℃/分鐘，燒結溫度為1400～1550℃，燒結壓力為20～30MPa，燒結時間為60～120分鐘，燒結氣氛為氮氣。

本發明的設計原理如下：

材料由Al₂O₃層和Mo層相間排列而成，形成弱界面結合的仿生層狀結構。這種結構由于硬質層Al₂O₃的存在，使材料具有較高的強度和模量；同時，軟相金屬Mo具有一定的變形能力，能吸收沖擊能量，并在承載時，承擔幾乎全部變形，使材料具有較高的斷裂韌性和非脆性破壞行為；另外，由于金屬Mo可在高溫摩擦時生成潤滑性氧化膜，從而改善了材料的高溫摩擦學性能，使其具備高溫自潤滑功能。

本發明的優點是：