一種陶瓷復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種陶瓷復(fù)合材料，所述陶瓷復(fù)合材料按重量百分比由如下組分構(gòu)成：SiC：23~38%，AlN：5~22%，WC：22~32%，SrTiO3：6~12%，SiO2：4.2~8.2%，Al2O3：5.1~6.8%，La2O3：3.8~4.8%，MgO：4.2~5.8%；通過(guò)組分與微觀結(jié)構(gòu)的合理設(shè)定使得陶瓷復(fù)合材料的強(qiáng)度和韌性得到大幅改善。
【專利說(shuō)明】一種陶瓷復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于復(fù)合材料領(lǐng)域，特別是涉及一種高強(qiáng)度陶瓷復(fù)合材料及其制備方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]陶瓷材料具有密度低、比強(qiáng)度高、耐高溫以及高溫下化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，因而在航空、航天、冶金和石化等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。且由于單一材料本身的限制，要滿足多種苛刻條件，必須通過(guò)材料的復(fù)合才能滿足多元的需求。因此陶瓷復(fù)合材料具有強(qiáng)度和韌性的雙重優(yōu)勢(shì)。碳化硅陶瓷具有硬度高，耐強(qiáng)溫、耐氧化、耐腐蝕，高溫強(qiáng)度高，分解溫度高，化學(xué)穩(wěn)定性好，抗熱震性好，熱導(dǎo)率高，熱膨脹系數(shù)低等優(yōu)點(diǎn)，在諸多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，尤其是碳化硅陶瓷所具有的優(yōu)良的熱力學(xué)性能使其在熱交換器、蓄熱燃燒等對(duì)熱性能要求較高的場(chǎng)合具有廣闊的應(yīng)用前景。氮化鋁是一種綜合性能優(yōu)良的新型陶瓷材料，具有優(yōu)良的熱傳導(dǎo)性，無(wú)毒，并且與碳化硅在原子尺寸、分子量、密度以及晶體結(jié)構(gòu)相似，因而引起了不少研究者的關(guān)注。
[0003]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的之一在于提出一種陶瓷復(fù)合材料；
本發(fā)明的目的之二 在 于提出一種陶瓷復(fù)合材料的制備方法；
為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種陶瓷復(fù)合材料，所述陶瓷復(fù)合材料按重量百分比由如下組分構(gòu)成:SiC =23^38%,AlN:5~22%，WC:22~32%，SrTiO3:6~12%，SiO2:4.2~8.2%, Al2O3:5.1~6.8%, La2O3:3.8~4.8%,MgO:4.2~5.8% ；
所述陶瓷復(fù)合材料中SiC相的平均粒徑為0.5~0.8μπι，AlN相的平均粒徑為
0.6~0.98 μ m, WC相的平均粒徑為0.2~0.68 μ m, SrTiO3相的平均粒徑為0.5~1.2 μ m, SiO2相和Al2O3相的平均粒徑均為1.1.6 μ m，La2O3相和MgO相的平均粒徑均為0.8^1.8 μ m ;
所述陶瓷復(fù)合材料中，SrTiO3彌散分布于SiC和AlN顆粒中構(gòu)成第一主相，Si02、Al203、La2O3以及MgO構(gòu)成的混合相與WC彌散分布構(gòu)成第二主相，第一主相和第二主相在整個(gè)復(fù)合材料中均勻分布。
[0005]作為優(yōu)選，所述第一主相的平均粒徑為80-120 μ m,所述第二主相的平均粒徑為130^220 μm。
[0006]作為優(yōu)選，所述的SrTiO3采用SrO和TiO2煅燒制得。
[0007]作為優(yōu)選，所述陶瓷復(fù)合材料按重量百分比由如下組分構(gòu)成:SiC:32%, AlN:16%，WC:28%, SrTiO3:9%，SiO2:5.8%, Al2O3:5.9%, La2O3:3.9%, MgO:4.6% ;所述陶瓷復(fù)合材料中SiC相的平均粒徑為0.66 μ m,AlN相的平均粒徑為0.82 μ m,WC相的平均粒徑為0.43 μ m，SrTiO3相的平均粒徑為0.96 μ m, SiO2相和Al2O3相的平均粒徑均為1.42 μ m, La2O3相和MgO相的平均粒徑均為0.92 μ m。[0008]作為優(yōu)選，所述第一主相與第二主相的體積比為(6:4)~(8:2)；
陶瓷復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟:
a)按 照所需陶瓷復(fù)合材料的比例稱取各原料；
b)粉碎SrTi03、SiC和AlN顆粒至所需顆粒粒徑；
c)混合煅燒SrTiO3'SiC和AlN顆粒；
d)熱等靜壓步驟c)得到的煅燒產(chǎn)物，溫度為125(Tl280°C，壓強(qiáng)為20(T280MPa；
e)燒結(jié)步驟d)得到的熱等靜壓產(chǎn)物；
f)粉碎Si02、A1203、La2O3>MgO與WC顆粒至所需顆粒粒徑；
g)混合煅燒Si02、Al2O3' La2O3' MgO 與 WC 顆粒；
h)熱等靜壓步驟g)得到的煅燒產(chǎn)物，溫度為115(Tl280°C，壓強(qiáng)為18(T220MPa；
i)燒結(jié)步驟h)得到的熱等靜壓產(chǎn)物；
j)將步驟e)和步驟i)得到的燒結(jié)產(chǎn)物進(jìn)行粉碎和均勻混合，然后進(jìn)行冷等靜壓，再進(jìn)行燒結(jié)，得到所述陶瓷復(fù)合材料。
[0009]作為優(yōu)選，步驟e)中的燒結(jié)溫度為165(T180(TC ;步驟i)中的燒結(jié)溫度為158(Tl690°C，步驟j)中的燒結(jié)溫度為175(Tl810°C。
[0010]作為優(yōu)選，步驟j)中的冷等靜壓的壓力為158~198MPa，保壓2~5min。
[0011]本發(fā)明的效果在于:
通過(guò)合理選取復(fù)合材料的主相和增強(qiáng)相的具體組成，使得復(fù)合材料的強(qiáng)度得到大幅增
強(qiáng)；
通過(guò)合理選取符合材料的具體微觀結(jié)構(gòu)中的第一主相和第二主相，使得復(fù)合材料的斷裂韌性得到大幅改善；
通過(guò)合理選取具體的第一主相和第二主相的具體組份，使得熱導(dǎo)率得到大幅提高。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本申請(qǐng)復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]其中，1，第一主相；2，第二主相；3，第一主相中的各分相；4，第二主相中的各分相。
【具體實(shí)施方式】
[0014]實(shí)施例1
一種陶瓷復(fù)合材料，其特征在于:所述陶瓷復(fù)合材料按重量百分比由如下組分構(gòu)成:SiC:30.1%，AlN:12%, WC:28%，SrTiO3:9%，SiO2:6.2%, Al2O3:5.8%, La2O3:4.1%，MgO:4.8% ；
所述陶瓷復(fù)合材料中SiC相的平均粒徑為0.62 μ m, AlN相的平均粒徑為0.78 μ m, WC相的平均粒徑為0.42 μ m, SrTiO3相的平均粒徑為0.95 μ m, SiO2相和Al2O3相的平均粒徑均為1.28 μ m, La2O3相和MgO相的平均粒徑均為1.16 μ m ;
所述陶瓷復(fù)合材料中，SrTiO3彌散分布于SiC和AlN顆粒中構(gòu)成第一主相，Si02、Al203、La2O3以及MgO構(gòu)成的混合相與WC彌散分布構(gòu)成第二主相，第一主相和第二主相在整個(gè)復(fù)合材料中均勻分布；所述第一主相的平均粒徑為108μπι，所述第二主相的平均粒徑為142 μ m ;所述的SrTiO3采用SrO和TiO2煅燒制得。
[0015]該實(shí)施例的陶瓷復(fù)合材料的熱導(dǎo)率為192.22W/ Cm.Κ)，三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度為412MPa，斷裂韌性為5.89MPa.m1/2。
[0016]實(shí)施例2:
一種陶瓷復(fù)合材料按重量百分比由如下組分構(gòu)成:SiC:26.8%，AlN:16%, WC:28%，SrTiO3:9%，SiO2:5.8%, Al2O3:5.9%, La2O3:3.9%, MgO:4.6% ;所述陶瓷復(fù)合材料中 SiC 相的平均粒徑為0.66 μ m, AlN相的平均粒徑為0.82 μ m, WC相的平均粒徑為0.43 μ m, SrTiO3相的平均粒徑為0.96 μ m, SiO2相和Al2O3相的平均粒徑均為1.42 μ m, La2O3相和MgO相的平均粒徑均為0.92 μ m。第一主相的平均粒徑為98 μ m,所述第二主相的平均粒徑為198 μ m。
[0017]該實(shí)施例的陶瓷復(fù)合材料的熱導(dǎo)率為199.62W/ (m.K)，三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度為423.2MPa,斷裂韌性為 6.12MPa.m1/2。
[0018]實(shí)施例3:
陶瓷復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟:
a)按照SiC:33%, AlN: 14%，WC:28%，SrTiO3:11%，SiO2:6%，Al2O3:6%，La2O3:4%，MgO:5%的陶瓷復(fù)合材料的比例稱取各原料；
b)粉碎SrTi03、SiC和AlN顆粒至所需顆粒粒徑；
c)混合煅燒SrTiO3'SiC和AlN顆粒；
d)熱等靜壓步驟c)得到的煅燒產(chǎn)物，溫度為1262°C，壓強(qiáng)為212MPa；
e)燒結(jié)步驟d)得到的熱等靜壓產(chǎn)物；
f)粉碎Si02、A1203、La2O3>MgO與WC顆粒至所需顆粒粒徑；
g)混合煅燒Si02、Al2O3' La2O3' MgO 與 WC 顆粒；
h)熱等靜壓步驟g)得到的煅燒產(chǎn)物，溫度為1190°C，壓強(qiáng)為192MPa;
i)燒結(jié)步驟h)得到的熱等靜壓產(chǎn)物；
j)將步驟e)和步驟i)得到的燒結(jié)產(chǎn)物進(jìn)行粉碎和均勻混合，然后進(jìn)行冷等靜壓，再進(jìn)行燒結(jié)，得到所述陶瓷復(fù)合材料；步驟e)中的燒結(jié)溫度為1720°C;步驟i)中的燒結(jié)溫度為1630°C，步驟j)中的燒結(jié)溫度為1798°C ;步驟j)中的冷等靜壓的壓力為178MPa，保壓4min。
[0019]該實(shí)施例的陶瓷復(fù)合材料的熱導(dǎo)率為192.08W/ (m.K)，三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度為408.09MPa,斷裂韌性為 8.12MPa.m1/2。
【權(quán)利要求】
1.一種陶瓷復(fù)合材料，其特征在于:所述陶瓷復(fù)合材料按重量百分比由如下組分構(gòu)成:SiC:23~38%，AlN:5~22%，WC:22~32%，SrTiO3:6~12%，SiO2:4.2~8.2%, Al2O3:5.1~6.8%,La2O3:3.8~4.8%, MgO:4.2~5.8% ； 所述陶瓷復(fù)合材料中SiC相的平均粒徑為0.5~0.8μπι，AlN相的平均粒徑為0.6~0.98 μ m, WC相的平均粒徑為0.2~0.68 μ m, SrTiO3相的平均粒徑為0.5~1.2 μ m, SiO2相和Al2O3相的平均粒徑均為1.1.6 μ m，La2O3相和MgO相的平均粒徑均為0.8^1.8 μ m ; 所述陶瓷復(fù)合材料中，SrTiO3彌散分布于SiC和AlN顆粒中構(gòu)成第一主相，Si02、Al203、La2O3以及MgO構(gòu)成的混合相與WC彌散分布構(gòu)成第二主相，第一主相和第二主相在整個(gè)復(fù)合材料中均勻分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷復(fù)合材料，其特征在于，所述第一主相的平均粒徑為80~120 μ m,所述第二主相的平均粒徑為130~220 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷復(fù)合材料，其特征在于，所述的SrTiO3采用SrO和TiO2煅燒制得。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷復(fù)合材料，其特征在于，所述陶瓷復(fù)合材料按重量百分比由如下組分構(gòu)成:SiC:26.8%, AlN:16%，WC:28%，SrTiO3:9%，SiO2:5.8%, Al2O3:5.9%,La2O3:3.9%，MgO:4.6% ;所述陶瓷復(fù)合材料中SiC相的平均粒徑為0.66 μ m, AlN相的平均粒徑為0.82 μ m, WC相的平均粒徑為0.43 μ m, SrTiO3相的平均粒徑為0.96 μ m, SiO2相和Al2O3相的平均粒徑均 為1.4 2 μ m, La2O3相和MgO相的平均粒徑均為0.92 μ m。
5.權(quán)利要求f4任一項(xiàng)所述陶瓷復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: a)按照權(quán)利要求f4任一項(xiàng)所述陶瓷復(fù)合材料的比例稱取各原料； b)粉碎SrTi03、SiC和AlN顆粒至所需顆粒粒徑； c)混合煅燒SrTiO3'SiC和AlN顆粒； d)熱等靜壓步驟c)得到的煅燒產(chǎn)物，溫度為125(Tl280°C，壓強(qiáng)為20(T280MPa； e)燒結(jié)步驟d)得到的熱等靜壓產(chǎn)物； f)粉碎Si02、A1203、La2O3>MgO與WC顆粒至所需顆粒粒徑； g)混合煅燒Si02、Al2O3' La2O3' MgO 與 WC 顆粒； h)熱等靜壓步驟g)得到的煅燒產(chǎn)物，溫度為115(Tl280°C，壓強(qiáng)為18(T220MPa； i)燒結(jié)步驟h)得到的熱等靜壓產(chǎn)物； j)將步驟e)和步驟i)得到的燒結(jié)產(chǎn)物進(jìn)行粉碎和均勻混合，然后進(jìn)行冷等靜壓，再進(jìn)行燒結(jié)，得到所述陶瓷復(fù)合材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟e)中的燒結(jié)溫度為165(Tl800°C;步驟i)中的燒結(jié)溫度為158(Tl690°C，步驟j)中的燒結(jié)溫度為175(Tl810°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟j)中的冷等靜壓的壓力為158~198MPa，保壓 2~5min。
【文檔編號(hào)】C04B35/565GK103964853SQ201410187803
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年5月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月6日
【發(fā)明者】胡賢晨 申請(qǐng)人:胡賢晨