[發(fā)明專利]一種大尺寸Al2

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110852428.9
• 申請日: 2021-07-27
• 公開（公告）號: CN113683420B
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王京陽;孫魯超;孫昊飛;周翠;杜鐵鋒;吳貞;線全剛
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C04B35/50
• 分類號: C04B35/50;C04B35/622;C04B35/653
• 代理公司: 沈陽優(yōu)普達知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本發(fā)明屬于定向凝固共晶陶瓷制備技術(shù)，特別涉及一種大尺寸Al₂O₃/LuAG定向凝固共晶陶瓷及其光懸浮區(qū)熔制備方法。該陶瓷為含有氧化鋁相和镥鋁石榴石相的復合材料，其化學式為Al₂O₃/Lu₃Al₅O₁₂，氧化鋁相和镥鋁石榴石相的兩相比例為二者相圖共晶成分點或近共晶成分點；Al₂O₃/LuAG定向凝固共晶陶瓷由排列不規(guī)則的Al₂O₃和LuAG在空間中相互連通耦合構(gòu)成，且具有層片狀或胞狀共晶微觀組織形貌。在無需使用坩堝的情況下，Al₂O₃/LuAG共晶陶瓷制備出最大直徑15mm、最大長度140mm的棒材；Al₂O₃/LuAG共晶陶瓷棒材的H_V硬度為13～16GPa，斷裂韌性為2～4MPa·m^1/2。本發(fā)明通過精確控制凝固速率(10～50mm/h)，成功制備出硬度、斷裂韌性等關(guān)鍵力學性能優(yōu)于已知同類共晶陶瓷材料的Al₂O₃/LuAG新型共晶陶瓷材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于定向凝固共晶陶瓷制備技術(shù)，特別涉及一種大尺寸Al₂O₃/LuAG定向凝固共晶陶瓷及其光懸浮區(qū)熔制備方法。

背景技術(shù)

定向凝固氧化物共晶復合材料具有較高的熔點、較低的密度、本征高溫抗氧化性和優(yōu)異的高溫強度(在接近熔點時保持彎曲強度穩(wěn)定)，特別其高溫強度不會因為亞裂紋的擴展而降低等優(yōu)異的綜合性能。此外，其獨特的共晶組織同樣具有優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性，在溫度接近其熔點時仍能保持組織穩(wěn)定而不會發(fā)生粗化。因此定向凝固氧化物共晶復合材料廣受關(guān)注，被視為新一代超高溫結(jié)構(gòu)材料。

由于氧化鋁基共晶陶瓷熔點極高，很難利用傳統(tǒng)的定向凝固方法(傳統(tǒng)的方法設(shè)備無法達到氧化鋁基共晶陶瓷的熔點)進行制備。因此，迫切需要開發(fā)一種新的制備技術(shù)。光懸浮區(qū)熔法是一種能夠制備大塊體氧化物共晶的新方法，在無需使用坩堝的情況下可制備出最大直徑約15mm，最大長度約140mm的棒材，溫度梯度高(約10³K/cm)，無污染，生長速率可調(diào)節(jié)范圍廣(5mm/h～180mm/h)，能夠控制微觀組織進而獲得性能優(yōu)異的共晶陶瓷。

Al₂O₃/LuAG共晶陶瓷的制備及作為力學結(jié)構(gòu)件的潛力尚未得到研究。其中，Lu 具有稀土元素中最小的離子半徑，因此相較于其他同類型共晶陶瓷，Al₂O₃/LuAG共晶陶瓷的力學性能可能存在某些提升，進而為應(yīng)用于航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)件提供研究基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種具有優(yōu)異力學性能的大尺寸Al₂O₃/LuAG定向凝固共晶陶瓷及其光懸浮區(qū)熔制備方法，所制備的Al₂O₃/LuAG共晶陶瓷組織精細可控，力學性能優(yōu)異，且尺寸可達到最大直徑約15mm，最大長度約140mm。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

一種大尺寸Al₂O₃/LuAG定向凝固共晶陶瓷，該陶瓷為含有氧化鋁相和镥鋁石榴石相的復合材料，其化學式為Al₂O₃/Lu₃Al₅O₁₂，氧化鋁相和镥鋁石榴石相的兩相比例為二者相圖共晶成分點或近共晶成分點；Al₂O₃/LuAG定向凝固共晶陶瓷由排列不規(guī)則的Al₂O₃和LuAG在空間中相互連通耦合構(gòu)成，且具有層片狀或胞狀共晶微觀組織形貌。