[發明專利]一種耐高溫氧化鋁復合陶瓷材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201910201686.3
• 申請日: 2019-03-18
• 公開（公告）號: CN109761590B
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 楊海寬;張猛;畢欣;董琦;王高
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: C04B35/10
• 分類號: C04B35/10
• 代理公司: 太原華弈知識產權代理事務所 14108
• 代理人: 李毅

本發明公開了一種耐高溫氧化鋁復合陶瓷材料，是由以下重量份數的組份為原料：氧化鋁70～85份、氧化鉻7～15份、氧化鍺5～13份、氧化鎂4～7份、硅酸鈣9～16份、硅溶膠8～15份、聚乙烯醇2～5份、聚丙烯酸銨0.5～3份，制成粉體并壓制成胚體，經1400～1800℃高溫燒結制備得到。本發明制備的耐高溫氧化鋁復合陶瓷材料具有好的耐高溫特性，可以承受2000℃的高溫，且耐腐蝕效果好，特別適合用作航空發動機的零部件材料。

技術領域

本發明屬于高溫材料技術領域，涉及一種耐高溫的陶瓷基復合材料，特別是涉及一種耐超高溫的氧化鋁復合陶瓷材料，以及該復合材料的制備方法。

背景技術

航空發動機是一種具有復雜氣動力、熱力和結構的動力裝置，對于航空裝備的重要性不言而喻。由于其工作條件嚴酷，大多數零部件必須使用耐熱性好和抗腐蝕能力強的材料制造。

在航空發動機的發展歷程中，40年代末研制的渦輪噴氣發動機的零部件使用了高溫合金，對零部件的基本要求：1、工作溫度一般不高于650℃，2、使用耐腐蝕材料制造。隨著鑄造高溫合金的應用和發展，60年代渦輪風扇發動機得以研制成功，其工作溫度被進一步提升。70年代開始，粉末高溫合金渦輪盤的出現，使渦輪進口溫度提高到1370℃。隨著航空發動機性能的日益提高，燃燒室溫度也在不斷增長，航空發動機材料的工作條件越來越惡劣，對航空發動機材料的性能，特別是耐高溫性提出了極高的要求。

目前的耐高溫材料主要有高溫合金和陶瓷基復合材料，高溫合金又主要包括鑄造高溫合金和粉末高溫合金。

鑄造高溫合金是以鑄造方法直接制備零部件的高溫合金材料，往往可以取得比較高的耐熱溫度。如CN 105200521A公開了一種無錸低密度鎳基單晶高溫合金，耐熱溫度可以達到1100℃左右。然而，由于鑄造高溫合金零件的晶粒度比較大，容易出現偏析，導致其高溫疲勞壽命和持久強度一般較差。

粉末高溫合金是采用粉末冶金方法制備的高溫合金，這種技術解決了高溫鑄造合金偏析、熱工藝性能差的缺點。如FGH97是一種鎳基γ相沉淀強化型粉末冶金高溫合金，與同類鑄、鍛高溫合金相比，具有組織均勻、晶粒細小、屈服度高和疲勞性能好等優點。但是其只能承受700℃的工作溫度。

陶瓷基復合材料是以陶瓷為基體，與各種纖維復合后形成的一類復合材料。陶瓷基復合材料具有優異的耐高溫性能，也常常應用于高溫材料領域。其中，基于SiC基體的陶瓷基復合材料由于耐高溫性能好，被廣泛應用于高溫結構部件中。如CN 106966738A公布了一種SiC基體的陶瓷基復合材料，耐熱性可達1450℃。

然而，SiC在高于1600℃時會發生氧化，將會出現裂紋或孔洞，嚴重影響了材料的性能和應用前景。

現在，多數航空發動機的渦輪進口溫度在1300℃以上，而正在研制的現代試驗型發動機的渦輪進口溫度已達到1650℃，而希望的理想零部件可以更高達到1930℃。隨著更先進發動機的研制發展，其零部件的耐高溫性能被要求的越來越高，現有的耐高溫材料很難在過高的溫度條件下被使用。

由此，如何制備一種具有優良的耐高溫性能的材料，在航空發動機研究領域具有重要的現實意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種新型的耐高溫氧化鋁復合陶瓷材料，及其該材料的制備方法。

本發明所述的耐高溫氧化鋁復合陶瓷材料是由以下重量份數的組份為原料：氧化鋁70～85份、氧化鉻7～15份、氧化鍺5～13份、氧化鎂4～7份、硅酸鈣9～16份、硅溶膠8～15份、聚乙烯醇2～5份、聚丙烯酸銨0.5～3份，制成粉體并壓制成胚體，經1400～1800℃高溫燒結制備得到。

其中，本發明優選將所述粉體采用冷等靜壓成型進行壓制以得到胚體。

具體地，所述的冷等靜壓成型是在150～300Mpa的工作壓力下處理60～120s。