一種氧化鋁纖維增強(qiáng)氮化硼陶瓷基復(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)氮化硼陶瓷基復(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)，通過纖維與基體界面的脫離來吸收能量，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。氮化硼俗稱白石墨，特性與石墨相似而質(zhì)地潔白，粉末呈白色、質(zhì)輕、松散、潤滑，易吸潮等性能，但與酸、堿、玻璃及大多數(shù)金屬不起作用，機(jī)械強(qiáng)度高，比石墨略高，但在高溫下無負(fù)載軟化現(xiàn)象，氮化硼使用范圍廣泛，其陶瓷可用作熔煉蒸發(fā)金屬的坩禍、舟皿、液態(tài)金屬輸送管、火箭噴口，半導(dǎo)體元件摻雜源，以及各種高溫(高壓、高頻)等絕緣散熱部件，但在氧化氣氛中穩(wěn)定性差，使用溫度僅在900° C以下，且硬度低。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缺點(diǎn)的方法。
[0003]本發(fā)明采用氧化鋁纖維作為增強(qiáng)纖維，并且采用凝膠-浸漬法在纖維表面進(jìn)行抗氧化處理，采用氧化鉬粉末進(jìn)行改性，大大提高了氧化鋁纖維的抗氧化性能，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、力學(xué)性能、耐磨性、硬度、較高的斷裂韌性和抗氧化性能，大大提高了氮化硼陶瓷的性能，提高應(yīng)用范圍。

【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)氮化硼陶瓷基復(fù)合材料及其制備方法。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明通過以下方案實(shí)施:
一種氧化鋁纖維增強(qiáng)氮化硼陶瓷基復(fù)合材料及其制備方法，由下列重量份的原料制成:氮化鋁20-25、氮化硼60-80、改性氧化鋁纖維10-13、丁腈橡膠粉2_4、異丙苯過氧化氫0.02-0.03、丙烯腈5-6、丙烯酸羥丙酯0.3-0.5、碳酸鈣5_8、阿拉伯膠1_3、三聚磷酸鈉1_2、乙醇25-30、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)氮化硼陶瓷基復(fù)合材料及其制備方法，由以下具體步驟制成: (1)將氮化鋁、氮化硼和丁腈橡膠粉加到球磨機(jī)中，以氧化鋁求作為球磨介質(zhì)，料球比為1: 2，再將丙烯腈、異丙苯過氧化氫加到乙醇和去離子水的混合溶液中，溶解后加入三聚磷酸鈉、阿拉伯膠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丙烯酸羥丙酯繼續(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)明添加的經(jīng)過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，添加的碳酸鈣在高溫熔融的狀態(tài)下能夠提高陶瓷表面的光滑度、膨脹系數(shù)和粘度，添加的丁腈橡膠粉在高溫下具有較強(qiáng)的粘度，能夠?qū)⒐腆w顆粒粘合在一起，增加陶瓷粘度的作用。
[0008]具體實(shí)施方案
下面通過具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0009]一種氧化鋁纖維增強(qiáng)氮化硼陶瓷基復(fù)合材料及其制備方法，由下列重量份(公斤)的原料制成:氮化鋁22、氮化硼78、改性氧化鋁纖維13、丁腈橡膠粉3、異丙苯過氧化氫0.03、丙烯腈5、丙烯酸羥丙酯0.4、碳酸鈣6、阿拉伯膠3、三聚磷酸鈉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)氮化硼陶瓷基復(fù)合材料及其制備方法，由以下具體步驟制成:
(1)將氮化鋁、氮化硼和丁腈橡膠粉加到球磨機(jī)中，以氧化鋁求作為球磨介質(zhì)，料球比為1: 2，再將丙烯腈、異丙苯過氧化氫加到乙醇和去離子水的混合溶液中，溶解后加入三聚磷酸鈉、阿拉伯膠和改性氧化鋁纖維攪拌均勻后加到球磨機(jī)中，球磨40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丙烯酸羥丙酯繼續(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3°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: 彈性模量(GPa): ^ 32 ；
抗壓強(qiáng)度(MPa):彡320 ;
斷裂韌性(Mpa/m1/2) 6.2 ；
彎曲強(qiáng)度(MPa):彡240 ;
熱膨脹系數(shù)(10-6/K):^3.4；
沖擊韌性(KJ.m2):彡3.1。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種氧化鋁纖維增強(qiáng)氮化硼陶瓷基復(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:氮化鋁20-25、氮化硼60-80、改性氧化鋁纖維10-13、丁腈橡膠粉2_4、異丙苯過氧化氫0.02-0.03、丙烯腈5-6、丙烯酸羥丙酯0.3-0.5、碳酸鈣5_8、阿拉伯膠1_3、三聚磷酸鈉1-2、乙醇25-30、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I所述一種氧化鋁纖維增強(qiáng)氮化硼陶瓷基復(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)將氮化鋁、氮化硼和丁腈橡膠粉加到球磨機(jī)中，以氧化鋁求作為球磨介質(zhì)，料球比為1: 2，再將丙烯腈、異丙苯過氧化氫加到乙醇和去離子水的混合溶液中，溶解后加入三聚磷酸鈉、阿拉伯膠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丙烯酸羥丙酯繼續(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。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氧化鋁纖維增強(qiáng)氮化硼陶瓷基復(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：氮化鋁20-25、氮化硼60-80、改性氧化鋁纖維10-13、丁腈橡膠粉2-4、異丙苯過氧化氫0.02-0.03、丙烯腈5-6、丙烯酸羥丙酯0.3-0.5、碳酸鈣5-8、阿拉伯膠1-3、三聚磷酸鈉1-2、乙醇25-30、去離子水30-40；本發(fā)明添加的經(jīng)過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，添加的碳酸鈣在高溫熔融的狀態(tài)下能夠提高陶瓷表面的光滑度、膨脹系數(shù)和粘度，添加的丁腈橡膠粉在高溫下具有較強(qiáng)的粘度，能夠?qū)⒐腆w顆粒粘合在一起，增加陶瓷粘度的作用。
【IPC分類】C04B35/583, C04B35/80, C04B35/622
【公開號(hào)】CN104909763
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510252272
【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
【公開日】2015年9月16日
【申請(qǐng)日】2015年5月19日