[發明專利]三氧化二鋁彌散強化鈦四鋁氮三陶瓷復合材料及制備方法

無效

• 申請號: 201310099914.3
• 申請日: 2013-03-26
• 公開（公告）號: CN103183511A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發明（設計）人: 鄭卓;李菊英;崔玉友;楊銳
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C04B35/58
• 分類號: C04B35/58;C04B35/645
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

技術領域

本發明涉及陶瓷復合材料領域，具體為一種用三氧化二鋁（Al₂O₃）彌散強化鈦四鋁氮三（Ti₄AlN₃）陶瓷復合材料及其制備方法。

背景技術

Ti₄AlN₃的晶體結構是J.C.Schuster等人在1984年發現的，起初認為其結構式為Ti₃Al₂N₂。在此之后，許多學者對Ti₃Al₂N₂材料進行了詳細的研究。1997年，HeeDong?Lee和William?T.Petuskey發現Ti₃Al₂N₂不完全符合化學計量比，提出更為精確的計量比應為Ti₃Al_1-xN₂。在此基礎上，W.M.Bousum等人通過研究將其化學式改為Ti₄AlN₃，并將其歸納為M_n+1AX_n三元陶瓷材料的一種。M_n+1AX_n材料中的M為過渡元素，A是主族元素，X是C或N，其中n為1,2或3，如Ti₃SiC₂、Ti₄SiC₃、Ti₂AlN、Cr₂GaC等。這些三元陶瓷具有很多共同點，如比普通陶瓷更軟（3-6GPa），易于加工，不同于傳統二元氮化物、碳化物陶瓷硬度大，不易加工的特點。

Ti₄AlN₃是屬于密排六方結構的三元氮化物陶瓷，空間群為P63/mmc。Ti₆N八面體與Al原子層沿著c軸方向上周期堆垛。由于晶胞內金屬鍵、共價鍵和離子鍵共存，故Ti₄AlN₃具有金屬的導電導熱性、加工性和陶瓷的高強度、高模量等優點。Ti₄AlN₃一般采用TiH₂、AlN和TiN粉末為原料，在1275℃/24h/70MPa熱等靜壓而成。Al₂O₃是一種稍畸變密排六方結構的離子氧化物，O^2-位于密排六方陣點位置，Al³⁺填隙在O^2-的八面體間隙位置。這種結構在熔點附近也具有較好的穩定性，由于Al₂O₃和Ti₄AlN₃的密度，熱膨脹系數很接近，硬度和壓縮強度互相補充，選在Al₂O₃彌散強化Ti₄AlN₃基體，可以提高其高溫強度和抗氧化性能。Al₂O₃和Ti₄AlN₃的主要性能見表1。

表1Ti₄AlN₃和Al₂O₃的物理性能和力學性能

一般采用粉末熱壓或熱等加壓成型得到的Al₂O₃彌散強化Ti₄AlN₃復合材料，有以下幾種方法配比粉末組成：

（1）采用Al₂O₃粉和Ti₄AlN₃粉，屬于無原位反應型；

（2）采用Al₂O₃粉和生成Ti₄AlN₃的原料粉，屬于原位反應生成Ti₄AlN₃型；

第一種和第二種方法存在的問題是Al₂O₃分布不均勻，易團聚，顆粒長大明顯，隨著Al₂O₃體積分數的增加，這種現象越明顯。

發明內容