專利名稱：一種高韌性氧化鋁基復(fù)合陶瓷及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氧化鋁基復(fù)合陶瓷，尤其涉及一種高韌性氧化鋁基復(fù)合陶瓷及其制備方法。
背景技術(shù)：
Al2O3陶瓷是結(jié)構(gòu)陶瓷中用途最為廣泛的一種，素有“陶瓷王”之稱。它的熔點(diǎn)高、 彈性模量高、硬度高、化學(xué)穩(wěn)定性好，具有耐熱、耐腐蝕、耐磨損、密度小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜等特點(diǎn)，不僅作為電子工業(yè)中電路襯底材料、發(fā)動(dòng)機(jī)零部件材料中廣泛應(yīng)用，而且作為耐高溫、抗腐蝕、耐磨損的機(jī)械零部件材料取代金屬和合金也取得顯著效果。然而這種材料的斷裂韌性非常低，通常只有3MPa ^“2，影響了陶瓷零部件的工作可靠性和使用安全性，因此提高Al2O3陶瓷的韌性已經(jīng)成為該材料研究領(lǐng)域的核心問(wèn)題。針對(duì)Al2O3陶瓷材料的特性，材料科學(xué)工作者一直在努力尋找有效、簡(jiǎn)潔的增韌方法，如在Al2O3陶瓷基體中添加第二相增強(qiáng)體(纖維、晶須和顆粒等)能顯著提高材料的韌性，但仍存在制備工藝復(fù)雜、成本高、增強(qiáng)體難以均勻分散以及晶須有害人體健康等一系列弊端。LaNbO4是一種在上世紀(jì)七十年代發(fā)現(xiàn)的具有鐵彈性的材料，密度、彈性模量較低， 室溫下為單斜結(jié)構(gòu)。在常溫下晶內(nèi)有大量的疇結(jié)構(gòu)存在，整個(gè)晶粒即由平行交替層迭的厚度均勻的疇片組成，在外力作用下這些內(nèi)部的疇結(jié)構(gòu)發(fā)生切換，產(chǎn)生一定宏觀應(yīng)變，外力去除后疇結(jié)構(gòu)逆向切換回復(fù)，相應(yīng)的應(yīng)變減少或消失。LaNbO4的這種應(yīng)力激發(fā)下產(chǎn)生的疇結(jié)構(gòu)切換特性與應(yīng)力激發(fā)相變?cè)鲰g類似，對(duì)結(jié)構(gòu)陶瓷不僅有增韌作用，而且具有一定的形狀記憶效應(yīng)。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外已開(kāi)始出現(xiàn)用LaNbO4第二相增韌Al2O3陶瓷的研究，獲得較好的增韌效果。但仍需合成LaNbO4之后再與Al2O3混合、成型，最后采用熱壓燒結(jié)或常規(guī)燒結(jié)， 不僅制備工藝復(fù)雜，而且燒結(jié)溫度高(1700°C以上)、燒結(jié)時(shí)間長(zhǎng)CBh以上)、能耗高，不利于節(jié)能減排。微波加熱是近年來(lái)發(fā)展迅速的一種材料制備手段，具有加熱均勻、加熱速度快、力口熱效率高、燒結(jié)時(shí)間短、安全無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，比傳統(tǒng)方法省電30% 70%，可大大降低生產(chǎn)成本。微波燒結(jié)與常規(guī)燒結(jié)相比具有，可降低燒結(jié)溫度、細(xì)化材料晶粒和提高材料性能，被譽(yù)為向傳統(tǒng)陶瓷燒結(jié)方法挑戰(zhàn)的“新一代陶瓷燒結(jié)技術(shù)”，具有廣闊的應(yīng)用前景。因此，開(kāi)發(fā)原位反應(yīng)增韌Al2O3基復(fù)合陶瓷、簡(jiǎn)化制備工藝、降低燒結(jié)溫度、縮短燒結(jié)時(shí)間對(duì)于提高Al2O3 基復(fù)合陶瓷的韌性、拓展其應(yīng)用范圍、節(jié)約能源、降低生產(chǎn)成本顯得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)缺陷，提供一種高韌性氧化鋁基復(fù)合陶瓷，并供這種高韌性氧化鋁基復(fù)合陶瓷的工藝簡(jiǎn)單、節(jié)能省時(shí)、安全無(wú)污染的制備方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種高韌性氧化鋁基復(fù)合陶瓷，其特征在于是以La203、Nb205、Al203為組分的物質(zhì)，且其組成表達(dá)式為^rLa2O3-JNb2O5-ZAl2O3，其中%，各組分的重量百分比含量分別為
氧化鑭(Lei2O3)4. Owt. Kx ‘ 29. Owt. %
氧化鈮(Nb2O5)2. 5wt. % 彡彡 21. 5wt. %
氧化鋁(Al2O3)52. Owt. ^ 93. Owt. %
本發(fā)明所述的高韌性氧化鋁基復(fù)合陶瓷的制備方法包括下述步驟
(1)將La203、Nb2O5, Al2O3粉末以無(wú)水乙醇為介質(zhì)用濕法球磨混合12 48h，干燥后過(guò)
篩；
(2)在混合好的L 03、Nb2O5,Al2O3粉末中加入粘結(jié)劑造粒，過(guò)蹄，粘結(jié)劑為聚乙烯醇水溶液；
(3)將造粒好的粉料干壓成型，壓力為10(T300MPa，保壓時(shí)間為廣5min；
(4)將壓好的試樣置于箱式高溫爐中排塑，溫度為50(T80(TC，保溫時(shí)間為Hh；
(5)將排塑完的試樣置于微波燒結(jié)爐中進(jìn)行無(wú)壓燒結(jié)，微波加熱頻率為2. 45GHz，燒結(jié)溫度為140(Tl550°C，保溫時(shí)間為l(T90min。本發(fā)明提供的高韌性氧化鋁基復(fù)合陶瓷，采用的原料不含任何損害人體健康、污染環(huán)境的成分，其斷裂韌性均大于5MPa ^“2，可廣泛應(yīng)用于陶瓷缸套、陶瓷軸承等發(fā)動(dòng)機(jī)耐磨部件以及陶瓷刀具。本發(fā)明提供的高韌性氧化鋁基復(fù)合陶瓷的制備方法，工藝簡(jiǎn)單、安全無(wú)污染、節(jié)能省時(shí)，燒結(jié)時(shí)間僅為常規(guī)燒結(jié)的1ΑΓ1/4、燒結(jié)溫度比常規(guī)燒結(jié)低15(T300°C， 具有極大的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅限于下列實(shí)施例
實(shí)施例1
將純度為99. 5wt%以上的Nb205、La203> Al2O3粉末按表1中各實(shí)施例的重量百分比稱量，以無(wú)水乙醇為介質(zhì)用濕磨法混合12h，烘干后添加8wt%的聚乙烯醇(PVA)水溶液(濃度為5wt%)造粒后，在lSOMI^a壓力下通過(guò)單軸壓力成型制成坯體，在箱式爐中經(jīng)600°C保溫Ih排塑后置于2. 4GHz微波燒結(jié)爐中以15°C /min的速度分別升至1450°C或1500°C保溫 30min燒結(jié)成瓷，燒結(jié)氣氛為大氣。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 23806-2009測(cè)量其斷裂韌性。實(shí)施例中的氧化鋁基復(fù)合陶瓷組成、燒結(jié)工藝與斷裂韌性如表1所示。表1氧化鋁基復(fù)合陶瓷的組成與性能由表1可知，本發(fā)明所述的高韌性氧化鋁基復(fù)合陶瓷，斷裂韌性比Al2O3陶瓷提高80% 以上；根據(jù)本發(fā)明提供的方法制備時(shí)，燒結(jié)溫度降低200°C以上，燒結(jié)時(shí)間僅為常規(guī)燒結(jié)的 1/6。
權(quán)利要求
1.一種高韌性氧化鋁基復(fù)合陶瓷，其特征在于它的組成表達(dá)式為 ^rLa2O3-JNb2O5-ZAl2O3，其中x+_F+z=100Wt. %，各組分的重量百分比含量分別為氧化鑭(Lei2O3)4. Owt. Kx ‘ 29. Owt. %氧化鈮(Nb2O5)2. 5wt. % 彡彡 21. 5wt. %氧化鋁(Al2O3)52. Owt. ^ 93. Owt. %。
2.如權(quán)利要求1所述的高韌性氧化鋁基復(fù)合陶瓷的制備方法，其特征在于按照以下步驟進(jìn)行將純度大于99wt%的La203、Nb2O5、Al2O3粉末以無(wú)水乙醇為介質(zhì)用球磨混合12 48h，干燥后過(guò)篩；在混合好的粉末中加入粘結(jié)劑造粒，過(guò)篩，粘結(jié)劑為聚乙烯醇水溶液； 將造粒好的粉料干壓成型，壓力為10(T300MPa，保壓時(shí)間為廣5min ； 將壓好的試樣置于箱式高溫爐中排塑，溫度為50(T80(TC，保溫時(shí)間為Hh ； 將排塑完的試樣置于微波燒結(jié)爐中進(jìn)行無(wú)壓燒結(jié)，微波加熱頻率為2. 45GHz，燒結(jié)溫度為 140(Tl550°C，保溫時(shí)間為 l(T90min。
全文摘要
一種高韌性氧化鋁基復(fù)合陶瓷及其制備方法，各組分的重量百分比含量分別為氧化鑭(La2O3)　4.0wt.%≤x≤29.0wt.%；氧化鈮(Nb2O5)2.5wt.%≤y≤21.5wt.%；氧化鋁(Al2O3)52.0wt.%≤z≤93.0wt.%。本發(fā)明提供的高韌性氧化鋁基復(fù)合陶瓷，采用的原料不含任何損害人體健康、污染環(huán)境的成分，其斷裂韌性均大于5MPa·m1/2，可廣泛應(yīng)用于陶瓷缸套、陶瓷軸承等發(fā)動(dòng)機(jī)耐磨部件以及陶瓷刀具。本發(fā)明提供的高韌性氧化鋁基復(fù)合陶瓷的制備方法，工藝簡(jiǎn)單、安全無(wú)污染、節(jié)能省時(shí)，燒結(jié)時(shí)間僅為常規(guī)燒結(jié)的1/6~1/4、燒結(jié)溫度比常規(guī)燒結(jié)低150~300℃，具有極大的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)C04B35/622GK102515719SQ201110381800
公開(kāi)日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月28日
發(fā)明者何文, 何菲, 梁炳亮, 艾云龍, 陳衛(wèi)華 申請(qǐng)人:南昌航空大學(xué)