專利名稱：氧化鋁系多相復合結構陶瓷材料及其生產方法
技術領域：
本發明涉及一種陶瓷材料及其生產方法，特別涉及一種氧化鋁系多相復合結構陶瓷材料及其生產方法。
背景技術：
研究表明，多相復合陶瓷材料是21世紀先進結構陶瓷材料的三大發展趨勢之一。而且，陶瓷材料向多相方向發展，為陶瓷材料設計提供了更寬的思考余地。目前，對于多相復合陶瓷材料的研究已經遍及各種氧化物、氮化物、碳化物和硼化物陶瓷，增韌機理主要分為如下幾類顆粒增韌、晶須增韌(增韌效果好，但工藝復雜，成本高)和相變增韌(增韌效果好，但高溫性能較差)。其中顆粒增韌以其工藝簡單、成本低、高溫性能好等優勢，在結構陶瓷材料領域得到了廣泛的應用。對于顆粒彌散陶瓷，材料組分主要涉及到TiB2-TiC-SiC、Al2O3/SiC/TiC、Al2O3/TiC/Si3N4等。從應用的角度考慮，僅有這些種類的陶瓷材料是遠遠不夠的，而且材料的力學性能和使用性能也仍有待于進一步提高，新的增韌補強機理也有待于探討。
發明內容本發明的目的在于提供一種具有良好的綜合力學性能的氧化鋁系多相復合結構陶瓷材料，以及上述陶瓷材料的生產方法。
本發明是通過以下措施來實現的本發明的氧化鋁系多相復合結構陶瓷材料，是由以下體積百分比的組分組成，α-Al2O389.5～50％，β-SiC5～25％，Ti(C，N)5～25％，Y2O30.3～0.7％，MgO0.2～0.8％。
本發明的氧化鋁系多相復合結構陶瓷材料，其更優選的配比是由以下體積百分比的組分組成，α-Al2O380～60％，β-SiC10～20％，Ti(C，N)10～20％，Y2O30.3～0.7％，MgO0.2～0.5％。
上述的Ti(C，N)的C、N元素的摩爾比為0.3～0.7∶0.7～0.3。
為了實現最佳的力學性能，上述各組分的純度應大于99％，平均直徑不大于1μm。
上述陶瓷材料的生產方法為，將各組分原料按比例混合，以N2氣為保護氣氛，濕式球磨30-100h，干燥，在N2氣流中過篩，最后熱壓燒結成型，熱壓工藝參數為熱壓壓力30～35MPa，熱壓溫度1750℃～1850℃，保溫時間為30～90min。
上述的生產方法，其熱壓燒結成型時，最佳的升溫速率為0.5～1.0℃/s、降溫速率為0.3～0.75℃/s。
上述的生產方法，為了提高純度，所述的α-Al2O3粉末和Ti(C，N)粉末混合前，均采用稀HNO3和稀NaOH溶液加熱清洗10-30min。
本發明將陶瓷原材料Al2O3與SiC、Ti(C，N)、Y2O3、MgO熱壓復合，從而形成Al2O3/SiC/Ti(C，N)復合材料。該復合材料具有良好的力學性能和耐高溫、耐腐蝕、抗氧化性能，可用于制作刀具、耐磨零部件等工程材料。
在該工藝條件下，材料的致密度可達到98％以上。測試結果表明所研制的Al2O3/SiC/Ti(C，N)多相復合陶瓷材料具有良好的綜合力學性能，其抗彎強度、斷裂韌性和硬度分別為721MPa、5.4MPam1/2以及19.0GPa。
與已有發明相比較，本發明的主要特色在于以多相復合和固溶強化協同作用的方式，研制成功顆粒彌散Al2O3/SiC/Ti(C，N)復合材料。由于固溶體的力學性能高于其每一組成相(TiC，TiN))的力學性能，因此Ti(C，N)固溶體的添加能有效提高材料的力學性能。而且Ti(C，N)固溶體的抗粘結性能明顯優于其他硬質材料如TiC等，因此該材料也具有良好的使用性能。
本發明的生產方法具有操作簡單，成品力學性能高的優點。
具體實施方式
實施例1本實施例的陶瓷復合材料，其各組成組分的體積百分比為α-Al2O384％，β-SiC10％，Ti(C，N)5％，Y2O30.6％，MgO0.4％。
其生產方法為采用分析純Al(OH)3分解制備α-Al2O3，分解溫度為1200℃，時間為2小時，得到純度大于99％、平均直徑小于1μm的α-Al2O3粉末。所采用的β-SiC和Ti(C，N)粉末純度均大于99％，粒徑分別為0.8μm和1μm。在使用前采用稀HNO3和稀NaOH溶液加熱清洗10min，以減少雜質含量。將各組分原料按上述比例混合，混合料以無水乙醇為介質，以N2氣為保護氣氛，濕式球磨40h，料球比(重量比)為1∶5。球磨后的濕料經真空干燥24小時，在N2氣流中過篩，最后熱壓燒結制成樣品。熱壓工藝參數為熱壓壓力30MPa，熱壓溫度1750℃，保溫時間為80min。
制得的陶瓷材料，其抗彎強度、斷裂韌性和硬度分別為682MPa、5.2MPam1/2以及18.9GPa。
實施例2本實施例的陶瓷復合材料，其各組成組分的體積百分比為α-Al2O369％，β-SiC15％，Ti(C，N)15％，Y2O30.5％，MgO0.5％。
其生產方法為采用分析純Al(OH)3分解制備α-Al2O3，分解溫度為1200℃，時間為1.5小時，得到純度大于99％、平均直徑小于1μm的α-Al2O3粉末。所采用的β-SiC和Ti(C，N)粉末純度均大于99％，粒徑分別為0.8μm和1μm。在使用前采用稀HNO3和稀NaOH溶液加熱清洗20min，以減少雜質含量。將各組分原料按上述比例混合，混合料以無水乙醇為介質，以N2氣為保護氣氛，濕式球磨60h，料球比(重量比)為1∶7。球磨后的濕料經真空干燥32小時，在N2氣流中過篩，最后熱壓燒結制成樣品。熱壓工藝參數為熱壓壓力35MPa，熱壓溫度1800℃，保溫時間為60min，升溫速率為0.5～1.0℃/s，降溫速率為0.3～0.75℃/s。
制得的陶瓷材料，其抗彎強度、斷裂韌性和硬度分別為716MPa、5.3MPam1/2以及19.0GPa。
實施例3本實施例的陶瓷復合材料，其各組成組分的體積百分比為α-Al2O358.8％，β-SiC20％，Ti(C，N)20％，Y2O30.4％，MgO0.8％。
其生產方法為按比例取純度大于99％、平均粒度小于1μm的上述各原料，將各原料混合，混合料以無水乙醇為介質，以N2氣為保護氣氛，濕式球磨80h，料球比(重量比)為1∶10。球磨后的濕料經真空干燥48小時，在N2氣流中過篩，最后熱壓燒結制成樣品。熱壓工藝參數為熱壓壓力35MPa，熱壓溫度1850℃，保溫時間為45min。
制得的陶瓷材料，其抗彎強度、斷裂韌性和硬度分別為671MPa、5.2MPam1/2以及19.0GPa。
權利要求
1.一種氧化鋁系多相復合結構陶瓷材料，其特征在于是由以下體積百分比的組分組成，α-Al2O389.5～50％，β-SiC5～25％，Ti(C，N)5～25％，Y2O30.3～0.7％，MgO0.2～0.8％。
2.根據權利要求1所述的氧化鋁系多相復合結構陶瓷材料，其特征在于所述組分的體積百分比的組分，α-Al2O380～60％，β-SiC10～20％，Ti(C，N)10～20％，Y2O30.3～0.7％，MgO0.2～0.8％。
3.根據權利要求1或2所述的氧化鋁系多相復合結構陶瓷材料，其特征在于所述Ti(C，N)的C、N元素的摩爾比為0.3～0.7∶0.7～0.3。
4.根據權利要求1或2所述的氧化鋁系多相復合結構陶瓷材料，其特征在于所述組分的純度大于99％，平均直徑不大于1μm。。
5.一種權利要求4所述的陶瓷材料的生產方法，其特征在于將各組分原料按比例混合，以N2氣為保護氣氛，濕式球磨30-100h，干燥，過篩，最后熱壓燒結成型，熱壓工藝參數為熱壓壓力30～35MPa，熱壓溫度1750℃～1850℃，保溫時間為30～90min。
6.根據權利要求5所述的生產方法，其特征在于所述的熱壓燒結成型時，其升溫速率為0.5～1.0℃/s，降溫速率為0.3～0.75℃/s。
7.根據權利要求5所述的陶瓷材料的生產方法，其特征在于所述的α-Al2O3粉末、β-SiC和Ti(C，N)粉末混合前，均采用稀HNO3和稀NaOH溶液加熱清洗10-30min。
全文摘要
本發明涉及一種氧化鋁系多相復合結構陶瓷材料及其生產方法。本發明的氧化鋁系多相復合結構陶瓷材料，是由以下體積百分比的組分組成，α－Al
文檔編號C04B35/565GK1569733SQ20041002408
公開日2005年1月26日 申請日期2004年5月11日 優先權日2004年5月11日
發明者許崇海, 黃傳真, 艾興 申請人:山東輕工業學院