[發(fā)明專利]一種氧化鋁/鈦硅碳層狀復(fù)合材料及其原位制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110986447.0
• 申請(qǐng)日: 2021-08-26
• 公開（公告）號(hào): CN113582673A
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳瑩瑩;王志;史國(guó)普;李慶剛;吳俊彥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 濟(jì)南大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B35/10
• 分類號(hào): C04B35/10;C04B35/515;C04B35/622;C04B35/645;B28B1/29;B28B3/00;B28B11/24
• 代理公司: 濟(jì)南泉城專利商標(biāo)事務(wù)所 37218
• 代理人: 李桂存

本發(fā)明屬于陶瓷基復(fù)合材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種氧化鋁/鈦硅碳層狀復(fù)合材料及其原位制備方法。通過(guò)控制溫度，并向原料粉中添加少量的鋁粉來(lái)提高鈦硅碳陶瓷的純度；使用流延法和原位反應(yīng)相結(jié)合的方法制備該層狀材料，且制備出來(lái)的界面層鈦硅碳陶瓷比較純，沒(méi)有其他雜質(zhì)；此復(fù)合材料純度高，并且抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性等力學(xué)性能均有很大提高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于陶瓷基復(fù)合材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種氧化鋁/鈦硅碳層狀復(fù)合材料及其原位制備方法。

背景技術(shù)

層狀復(fù)合材料起源于仿生設(shè)計(jì)，它模擬了自然界中竹子、貝殼這種生物的特殊層狀結(jié)構(gòu)。層狀陶瓷的制備意義主要在于通過(guò)添加韌性補(bǔ)強(qiáng)相來(lái)提高材料的整體韌性。采用原位反應(yīng)的合成方法，即使用鈦粉、碳化硅粉和碳粉這些原料粉合成鈦硅碳陶瓷可以降低生產(chǎn)成本，但原料粉可能會(huì)和氧化鋁發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。層狀陶瓷的強(qiáng)度主要取決于基體材料，同時(shí)還要求基體層和界面層之間不發(fā)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)，鈦硅碳在合成過(guò)程中容易產(chǎn)生雜質(zhì)相，因此需要對(duì)層狀復(fù)合材料的界面進(jìn)行調(diào)控。

氧化鋁陶瓷由于其硬度高、耐磨性好、機(jī)械強(qiáng)度高、耐熱性能優(yōu)異、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐高溫腐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用到現(xiàn)代工業(yè)，但是它的脆性較高、韌性較差、加工困難限制了它在某些方面的使用。鈦硅碳陶瓷由于其特殊的晶體結(jié)構(gòu)，鈦碳強(qiáng)烈的共價(jià)鍵，使它具有高熔點(diǎn)、高模量、耐腐蝕、抗氧化等優(yōu)點(diǎn)，鈦硅之間微弱的共價(jià)鍵和金屬鍵賦予它層狀結(jié)構(gòu)，使鈦硅碳陶瓷具有較高的韌性和自潤(rùn)滑性，但同時(shí)它的硬度也比較低。如果二者取長(zhǎng)補(bǔ)短、協(xié)同作用，以強(qiáng)度較高的氧化鋁陶瓷作為復(fù)合材料基體，以韌性較好的鈦硅碳陶瓷作為增韌層，形成氧化鋁/鈦硅碳層狀復(fù)合陶瓷，實(shí)現(xiàn)材料硬度、強(qiáng)度和韌性的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種高純氧化鋁/鈦硅碳層狀復(fù)合材料的制備方法，通過(guò)控制溫度，并向原料粉中添加少量的鋁粉來(lái)提高鈦硅碳陶瓷的純度；使用流延法和原位反應(yīng)相結(jié)合的方法制備該層狀材料，且制備出來(lái)的界面層鈦硅碳陶瓷比較純，沒(méi)有其他雜質(zhì)；此復(fù)合材料純度高，并且抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性等力學(xué)性能均有很大提高。

一種氧化鋁/鈦硅碳層狀復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

a. 制備氧化鋁流延片和鈦硅碳流延薄片

將氧化鋁或鈦硅碳的原料粉和磷酸三乙酯、聚乙烯醇縮丁醛、鄰苯二甲酸二辛酯按質(zhì)量比28-44:2.4-3.6:3-6:2.4-4.8，水浴下混合；球磨形成均勻穩(wěn)定的流延漿料；除泡，制備流延薄片；

b．制備坯體

將步驟a制備的流延薄片，裁剪后交替疊層，真空熱壓成型；

c. 真空燒結(jié)

將步驟b的坯體在真空燒結(jié)得到氧化鋁/鈦硅碳層狀復(fù)合陶瓷材料；

所述的鈦硅碳的原料粉是鈦粉、碳化硅粉、碳粉和鋁粉摩爾比為3:1.1:0.9:0.2原位合成。

所述步驟c真空燒結(jié)的條件為：真空氣氛、1450-1600℃燒結(jié)溫度、5℃/min升溫速率、30 MPa燒結(jié)壓力、90 min保溫保壓時(shí)間。

所述的氧化鋁或鈦硅碳的原料粉同磷酸三乙酯、聚乙烯醇縮丁醛、鄰苯二甲酸二辛酯、無(wú)水乙醇質(zhì)量比為40:50.6:2:4:3.2。

所述層狀氧化鋁層厚度為90-140 μm；鈦硅碳層厚度為65-95 μm。

上述任一項(xiàng)所述的制備方法制備的氧化鋁/鈦硅碳層狀復(fù)合材料。

所述的復(fù)合材料制備得到的陶瓷。

該陶瓷的強(qiáng)度為412-508MPa，斷裂韌性為 4.3-7.3 MPa·m^1/2，密度為3.21-3.97g/cm³，氣孔率為1.32%-1.93%。