專利名稱：ZrO₂/Al₂O₃納米復(fù)相陶瓷材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米復(fù)相陶瓷材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
Al2O3是一種典型的氧化物陶瓷材料。制備Al2O3復(fù)合陶瓷的方法很多，熱壓燒結(jié)法就是其中一種能有效提高Al2O3復(fù)合陶瓷力學(xué)性能的制備方法。熱壓燒結(jié)法不但可以有效提高Al2O3復(fù)合陶瓷的抗彎強(qiáng)度，而且還能顯著提高材料的斷裂韌性。但熱壓燒結(jié)法對(duì)設(shè)備要求很高，而且產(chǎn)品的穩(wěn)定性不易保證，成本也很高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種&02/Α1203納米復(fù)相陶瓷材料及其制備方法。本發(fā)明是&02/Α1203納米復(fù)相陶瓷材料及其制備方法，ZrO2Al2O3納米復(fù)相陶瓷材料，按重量百分比計(jì)，其組分為=Al2O3 90. 00 50. 00 %，ZrO2 10. 00 50. OOwt. %。其制備方法的步驟為
(1)按質(zhì)量百分比，稱取Al 23. 97 17. 09%、Fe2O3 71. 00 50. 63%、Ζι 25. 03 32. 28%進(jìn)行配料，
(2)將稱量好的原料粉體裝入不銹鋼球磨罐，在球磨機(jī)中混合均勻，球磨時(shí)間為8小時(shí)，轉(zhuǎn)速為150r/min，球料比為1 2，球磨介質(zhì)為Al2O3球；
(3)將混合均勻的反應(yīng)物料置于配有銅底材的模具中用壓力機(jī)中，在20 60MI^的壓力下成型；
(4)將成型好的塊狀物料吹去浮粉后，在其表面放上引燃劑后裝入鋁熱反應(yīng)容器中；在室溫下，向反應(yīng)容器中充入IMI^a氬氣，2分鐘后排氣，完成洗氣過程，使反應(yīng)物料處在氬氣氣氛保護(hù)中；
(5)進(jìn)行加熱，當(dāng)反應(yīng)容器的溫度升到200°C時(shí)再次排氣，之后充入3 7MPa的氬氣繼續(xù)加熱；當(dāng)反應(yīng)容器內(nèi)溫度達(dá)到250°C 300°C左右時(shí)引燃劑燃燒，同時(shí)引發(fā)第一層物料發(fā)生鋁熱反應(yīng)，釋放出大量的熱，此時(shí)切斷加熱電源，使下一層物料在反應(yīng)放出的大量熱的維持下繼續(xù)反應(yīng)，直到全部物料反應(yīng)完，該反應(yīng)在幾秒鐘內(nèi)完成；
(6)生成物在氬氣保護(hù)下隨爐冷卻至室溫，除去生成物中的狗，就得到&02/Α1203納米復(fù)相陶瓷材料。本發(fā)明采用^O2作為Al2O3陶瓷的增韌補(bǔ)強(qiáng)劑，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10 50wt. %。在氬氣氣氛保護(hù)下通過鋁熱反應(yīng)迅速制備&O2/ai2O3納米復(fù)相陶瓷材料。本發(fā)明制備成本低、 工藝簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好。有益效果
本發(fā)明低成本制備高^o2含量的Al2O3陶瓷材料，同時(shí)提高了材料的斷裂韌性，將會(huì)擴(kuò)大Al2O3陶瓷應(yīng)用范圍。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明制備了 ^o2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10. 00 50. OOwt. %的系列復(fù)合材料，并對(duì)得到的實(shí)驗(yàn)樣品進(jìn)行了致密度、X射線衍射、金相分析及力學(xué)性能測(cè)試。發(fā)明的復(fù)合材料的顯微硬度最高為14. 85GPa,斷裂韌性最高為8. 0MPa/m1/2,比原 Al2O3陶瓷的斷裂韌性提高了 60. 2%，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。本發(fā)明的一些性能如下表
硬度在HBRVU-187. 5型布洛維氏光學(xué)硬度計(jì)上測(cè)定，其測(cè)試條件為載荷588N，加載持續(xù)時(shí)間12s ；斷裂韌性采用壓痕法、根據(jù)維氏硬度值計(jì)算得到。
權(quán)利要求
1.ZrO2Al2O3納米復(fù)相陶瓷材料，按重量百分比計(jì)，其組分為=Al2O3 90. 00 50. 00 %， ZrO2 10. 00 50. OOwt. %。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的&02/Α1203納米復(fù)相陶瓷材料，其特征在于其晶粒尺寸范圍為33. 3 117. 9nm，顯微硬度為8. 18 14. 85GPa，斷裂韌性為5. 3 8. OMPa/m1氣致密度為 86. 9 94. 9%ο
3.ZrO2Al2O3納米復(fù)相陶瓷材料的制備方法，其步驟為(1)按質(zhì)量百分比，稱取Al 23. 97 17. 09%、Fe2O3 71. 00 50. 63%、Ζι 25. 03 32. 28%進(jìn)行配料，(2)將稱量好的原料粉體裝入不銹鋼球磨罐，在球磨機(jī)中混合均勻，球磨時(shí)間為8小時(shí)，轉(zhuǎn)速為150r/min，球料比為1 2，球磨介質(zhì)為Al2O3球；(3)將混合均勻的反應(yīng)物料置于配有銅底材的模具中用壓力機(jī)中，在20 60MI^的壓力下成型；(4)將成型好的塊狀物料吹去浮粉后，在其表面放上引燃劑后裝入鋁熱反應(yīng)容器中；在室溫下，向反應(yīng)容器中充入IMI^a氬氣，2分鐘后排氣，完成洗氣過程，使反應(yīng)物料處在氬氣氣氛保護(hù)中；(5)進(jìn)行加熱，當(dāng)反應(yīng)容器的溫度升到200°C時(shí)再次排氣，之后充入3 7MPa的氬氣繼續(xù)加熱；當(dāng)反應(yīng)容器內(nèi)溫度達(dá)到250°C 300°C左右時(shí)引燃劑燃燒，同時(shí)引發(fā)第一層物料發(fā)生鋁熱反應(yīng)，釋放出大量的熱，此時(shí)切斷加熱電源，使下一層物料在反應(yīng)放出的大量熱的維持下繼續(xù)反應(yīng)，直到全部物料反應(yīng)完，該反應(yīng)在幾秒鐘內(nèi)完成；(6)生成物在氬氣保護(hù)下隨爐冷卻至室溫，除去生成物中的狗，就得到&02/Α1203納米復(fù)相陶瓷材料。
全文摘要
ZrO2/Al2O3納米復(fù)相陶瓷材料的制備方法，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)，其納米復(fù)相陶瓷材料組分為Al23.97～17.09%、Fe2O3 71.00～50.63%、ZrO2 5.03～32.28%配料。原料粉體混合均勻后，用壓力機(jī)在20-60MPa的壓力下壓實(shí)成型，然后在250℃～300℃左右、3-7MPa的氬氣氣氛保護(hù)下通過鋁熱反應(yīng)制備該ZrO2/Al2O3納米復(fù)相陶瓷。
文檔編號(hào)C04B35/10GK102485690SQ20101057253
公開日2012年6月6日 申請(qǐng)日期2010年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月3日
發(fā)明者劉雪梅, 盧學(xué)峰, 喇培清, 魏玉鵬 申請(qǐng)人:蘭州理工大學(xué)