一種氧化鋁纖維增強(qiáng)氧化鋁陶瓷基復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氧化鋁纖維增強(qiáng)氧化鋁陶瓷基復(fù)合材料及其制備方法，屬于陶瓷生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]陶瓷材料的致命弱點(diǎn)是脆性，在外力作用下，在材料表面或內(nèi)部微裂紋尖端產(chǎn)生應(yīng)力集中，裂紋擴(kuò)展形成表面能以消耗能量，因而裂紋的擴(kuò)展速度極其迅速，往往在瞬間就使陶瓷材料遭到災(zāi)難性的破壞。根據(jù)復(fù)合材料理論，當(dāng)裂紋擴(kuò)展遇到遇到纖維時(shí)，通過(guò)纖維與基體界面的脫離來(lái)吸收能量，緩和應(yīng)力集中；部分纖維在張應(yīng)力作用下發(fā)生斷裂而從基體中拔出時(shí)，也將吸收較大的能量。因此，纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料是一種有效解決陶瓷材料脆性的途徑。
[0003]氧化鋁陶瓷材料由于具有低密度、耐高溫、室溫和高溫強(qiáng)度高等一系列優(yōu)點(diǎn)而受到人們的重視，被認(rèn)為是熱端部件的主要候選材料，但是單相陶瓷材料對(duì)裂紋的敏感性和脆性斷裂模式，降低了其使用可靠性，氧化鋁纖維具有突出的耐高溫性能，絕熱性好、熱容量小，良好的耐化學(xué)腐蝕性能，與基體的浸潤(rùn)性良好，界面反應(yīng)較小，所以氧化鋁纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料具有良好的耐高溫性能和較高的斷裂韌性，復(fù)合材料的力學(xué)性能、耐磨性、硬度均有提高，熱膨脹系數(shù)降低，并且氧化鋁纖維經(jīng)過(guò)抗氧化處理，所以在高溫氧化環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間工作，不會(huì)因?yàn)榘l(fā)生氧化而形成在耐性斷裂，并且成本相對(duì)較低，是一種最有潛力的耐高溫、斷裂材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種氧化鋁纖維增強(qiáng)氧化鋁陶瓷基復(fù)合材料及其制備方法，降低生產(chǎn)成本、并提高材料的整體性和可加工性，使其方便地生產(chǎn)外形和尺寸不限的異型結(jié)構(gòu)工件。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明通過(guò)以下方案實(shí)施:
一種氧化鋁纖維增強(qiáng)氧化鋁陶瓷基復(fù)合材料及其制備方法，由下列重量份的原料制成:氧化銷(xiāo)40-60、黏土 20-30、改性氧化銷(xiāo)纖維10-15、硫化鋪2_3、氧化鈹1_3、過(guò)氧化甲乙酮0.03-0.05、醋酸乙烯酯3-5、硅烷偶聯(lián)劑KH5500.2-0.4、微晶石蠟1_2、羧甲基纖維素1-2、乙醇20-30、去離子水30-40 ；
所述改性氧化鋁纖維的制備方法是:將氧化鋁纖維在丙酮中浸泡1-2小時(shí)，取出后用蒸餾水沖洗2-3次，烘干備用；將10-15重量份的鈦酸四丁酯和150-180重量份的乙醇混合加到帶有磁力攪拌器的燒瓶中，將2-3重量份的去離子水、0.2-0.4重量份的鹽酸和2-5重量份的乙醇充分混合，緩慢滴加到燒瓶中，再加入2-4重量份的氧化鉬粉末，攪拌30-40分鐘，將備用的氧化鋁纖維加到凝膠中在真空度為0.09-0.1MPa下浸漬1_2小時(shí)，取出后于70-80° C下烘干，如此反復(fù)操作2-3次，最后在高純氬氣的保護(hù)下于500-600° C下高溫反應(yīng)1-2小時(shí)即可。
[0006]本發(fā)明所述一種氧化鋁纖維增強(qiáng)氧化鋁陶瓷基復(fù)合材料及其制備方法，由以下具體步驟制成:
(1)將氧化鋁和黏土加到球磨機(jī)中，以氧化鋁求作為球磨介質(zhì)，料球比為1:2，再將醋酸乙烯酯、過(guò)氧化甲乙酮加到乙醇和去離子水的混合溶液中，溶解后加入微晶石蠟、羧甲基纖維素和改性氧化鋁纖維攪拌均勻后加到球磨機(jī)中，球磨20-40分鐘；
(2)將球磨得到的漿料抽真空，抽2-5分鐘后向漿料中加入硅烷偶聯(lián)劑KH550繼續(xù)攪拌均勻，再將漿料注入到疊層玻璃模具中后在真空干燥箱內(nèi)于60-80° C下干燥1-2小時(shí)；
(3)將步驟(2)中的濕坯脫模在室溫下自然干燥1-2天，然后在95-100°C溫度下，濕度在60-70%的條件下干燥1-2天，將剩余的成分裝入等離子噴涂送粉裝置在坯體表面噴涂均勻；
(4)將步驟(3)的坯體在室溫下以3-5°C/min的速率升溫至200° C，再以1_2° C/min的速率升溫至600° C，恒溫保持1_2小時(shí)后放置于真空燒結(jié)爐中，在1400-1600° C的溫度下燒結(jié)3-4小時(shí)，即可得到。
[0007]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:本發(fā)明添加抗氧化處理的氧化鋁纖維作為陶瓷的增強(qiáng)相具有增強(qiáng)陶瓷韌性、力學(xué)性能、耐磨性、硬度和耐高溫的特性，采用的凝膠注模工藝降低了生產(chǎn)成本、并提高材料的整體性和可加工性，使其方便地生產(chǎn)外形和尺寸不限的陶瓷結(jié)構(gòu)工件。
[0008]具體實(shí)施方案
下面通過(guò)具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0009]一種氧化鋁纖維增強(qiáng)氧化鋁陶瓷基復(fù)合材料及其制備方法，由下列重量份(公斤)的原料制成:氧化鋁55、黏土 26、改性氧化鋁纖維13、硫化銻3、氧化鈹2、過(guò)氧化甲乙酮0.04、醋酸乙烯酯5、硅烷偶聯(lián)劑KH5500.4、微晶石蠟2、羧甲基纖維素2、乙醇30、去離子水40 ；
所述改性氧化鋁纖維的制備方法是:將氧化鋁纖維在丙酮中浸泡2小時(shí)，取出后用蒸餾水沖洗3次，烘干備用；將12重量份的鈦酸四丁酯和160重量份的乙醇混合加到帶有磁力攪拌器的燒瓶中，將3重量份的去離子水、0.3重量份的鹽酸和5重量份的乙醇充分混合，緩慢滴加到燒瓶中，再加入4重量份的氧化鉬粉末，攪拌40分鐘，將備用的氧化鋁纖維加到凝膠中在真空度為0.09MPa下浸漬I小時(shí)，取出后于80° C下烘干，如此反復(fù)操作3次，最后在高純氬氣的保護(hù)下于600° C下高溫反應(yīng)2小時(shí)即可。
[0010]本發(fā)明所述一種氧化鋁纖維增強(qiáng)氧化鋁陶瓷基復(fù)合材料及其制備方法，由以下具體步驟制成:
(1)將氧化鋁和黏土加到球磨機(jī)中，以氧化鋁求作為球磨介質(zhì)，料球比為1:2，再將醋酸乙烯酯、過(guò)氧化甲乙酮加到乙醇和去離子水的混合溶液中，溶解后加入微晶石蠟、羧甲基纖維素和改性氧化鋁纖維攪拌均勻后加到球磨機(jī)中，球磨30分鐘；
(2)將球磨得到的漿料抽真空，抽4分鐘后向漿料中加入硅烷偶聯(lián)劑KH550繼續(xù)攪拌均勻，再將漿料注入到疊層玻璃模具中后在真空干燥箱內(nèi)于80° C下干燥1-2小時(shí)；
(3)將步驟(2)中的濕坯脫模在室溫下自然干燥2天，然后在100°C溫度下，濕度在60%的條件下干燥2天，將剩余的成分裝入等離子噴涂送粉裝置在坯體表面噴涂均勻；
(4)將步驟(3)的坯體在室溫下以5°C/min的速率升溫至200° C，再以1° C/min的速率升溫至600° C，恒溫保持2小時(shí)后放置于真空燒結(jié)爐中，在1500° C的溫度下燒結(jié)4小時(shí)，即可得到。
[0011]本實(shí)施例中陶瓷的性能指標(biāo)結(jié)果如下: 抗壓強(qiáng)度(MPa):彡740 ;
斷裂韌性(Mpa/m1/2) 6.5 ；
彎曲強(qiáng)度(MPa):彡452 ;
熱膨脹系數(shù)(10-6/K):^5.9；
沖擊韌性(KJ.m2):彡4.3。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種氧化鋁纖維增強(qiáng)氧化鋁陶瓷基復(fù)合材料及其制備方法，其特征在于，由下列重量份的原料制成:氧化鋁40-60、黏土 20-30、改性氧化鋁纖維10-15、硫化銻2_3、氧化鈹1-3、過(guò)氧化甲乙酮0.03-0.05、醋酸乙烯酯3-5、硅烷偶聯(lián)劑KH5500.2-0.4、微晶石蠟1_2、羧甲基纖維素1-2、乙醇20-30、去離子水30-40 ； 所述改性氧化鋁纖維的制備方法是:將氧化鋁纖維在丙酮中浸泡1-2小時(shí)，取出后用蒸餾水沖洗2-3次，烘干備用；將10-15重量份的鈦酸四丁酯和150-180重量份的乙醇混合加到帶有磁力攪拌器的燒瓶中，將2-3重量份的去離子水、0.2-0.4重量份的鹽酸和2-5重量份的乙醇充分混合，緩慢滴加到燒瓶中，再加入2-4重量份的氧化鉬粉末，攪拌30-40分鐘，將備用的氧化鋁纖維加到凝膠中在真空度為0.09-0.1MPa下浸漬1_2小時(shí)，取出后于70-80° C下烘干，如此反復(fù)操作2-3次，最后在高純氬氣的保護(hù)下于500-600° C下高溫反應(yīng)1-2小時(shí)即可。2.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)I所述一種氧化鋁纖維增強(qiáng)氧化鋁陶瓷基復(fù)合材料及其制備方法，其特征在于，由以下具體步驟制成: (1)將氧化鋁和黏土加到球磨機(jī)中，以氧化鋁求作為球磨介質(zhì)，料球比為1:2，再將醋酸乙烯酯、過(guò)氧化甲乙酮加到乙醇和去離子水的混合溶液中，溶解后加入微晶石蠟、羧甲基纖維素和改性氧化鋁纖維攪拌均勻后加到球磨機(jī)中，球磨20-40分鐘； (2)將球磨得到的漿料抽真空，抽2-5分鐘后向漿料中加入硅烷偶聯(lián)劑KH550繼續(xù)攪拌均勻，再將漿料注入到疊層玻璃模具中后在真空干燥箱內(nèi)于60-80° C下干燥1-2小時(shí)； (3)將步驟(2)中的濕坯脫模在室溫下自然干燥1-2天，然后在95-100°C溫度下，濕度在60-70%的條件下干燥1-2天，將剩余的成分裝入等離子噴涂送粉裝置在坯體表面噴涂均勻； (4)將步驟(3)的坯體在室溫下以3-5°C/min的速率升溫至200° C，再以1_2° C/min的速率升溫至600° C，恒溫保持1_2小時(shí)后放置于真空燒結(jié)爐中，在1400-1600° C的溫度下燒結(jié)3-4小時(shí)，即可得到。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種氧化鋁纖維增強(qiáng)氧化鋁陶瓷基復(fù)合材料及其制備方法，其特征在于，由下列重量份的原料制成：氧化鋁40-60、黏土20-30、改性氧化鋁纖維10-15、硫化銻2-3、氧化鈹1-3、過(guò)氧化甲乙酮0.03-0.05、醋酸乙烯酯3-5、硅烷偶聯(lián)劑KH5500.2-0.4、微晶石蠟1-2、羧甲基纖維素1-2、乙醇20-30、去離子水30-40；本發(fā)明添加抗氧化處理的氧化鋁纖維作為陶瓷的增強(qiáng)相具有增強(qiáng)陶瓷韌性、力學(xué)性能、耐磨性、硬度和耐高溫的特性，采用的凝膠注模工藝降低了生產(chǎn)成本、并提高材料的整體性和可加工性，使其方便地生產(chǎn)外形和尺寸不限的陶瓷結(jié)構(gòu)工件。
【IPC分類(lèi)】C04B35/80, C04B35/10, C04B35/622
【公開(kāi)號(hào)】CN104909785
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510252274
【發(fā)明人】周正紅
【申請(qǐng)人】銅陵宏正網(wǎng)絡(luò)科技有限公司
【公開(kāi)日】2015年9月16日
【申請(qǐng)日】2015年5月19日