一种耐高温氧化铝复合陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种耐高温氧化铝复合陶瓷材料，是由以下重量份数的组份为原料：氧化铝70～85份、氧化铬7～15份、氧化锗5～13份、氧化镁4～7份、硅酸钙9～16份、硅溶胶8～15份、聚乙烯醇2～5份、聚丙烯酸铵0.5～3份，制成粉体并压制成胚体，经1400～1800℃高温烧结制备得到。本发明专利技术制备的耐高温氧化铝复合陶瓷材料具有好的耐高温特性，可以承受2000℃的高温，且耐腐蚀效果好，特别适合用作航空发动机的零部件材料。

A High Temperature Resistant Alumina Composite Ceramic Material and Its Preparation Method

The present invention discloses a high temperature resistant alumina composite ceramic material, which is made of 70-85 parts of alumina, 7-15 parts of chromium oxide, 5-13 parts of germanium oxide, 4-7 parts of magnesium oxide, 9-16 parts of calcium silicate, 8-15 parts of silica sol, 2-5 parts of polyvinyl alcohol and 0.5-3 parts of ammonium polyacrylate. The powder is prepared and pressed into embryos, which are sintered at 1400-1800 C. Prepared. The high temperature resistant alumina composite ceramic material prepared by the invention has good high temperature resistance, can withstand the high temperature of 2000 C, and has good corrosion resistance effect, and is especially suitable for being used as the spare parts material of aeroengine.

【技术实现步骤摘要】
一种耐高温氧化铝复合陶瓷材料及其制备方法
本专利技术属于高温材料
，涉及一种耐高温的陶瓷基复合材料，特别是涉及一种耐超高温的氧化铝复合陶瓷材料，以及该复合材料的制备方法。
技术介绍
航空发动机是一种具有复杂气动力、热力和结构的动力装置，对于航空装备的重要性不言而喻。由于其工作条件严酷，大多数零部件必须使用耐热性好和抗腐蚀能力强的材料制造。在航空发动机的发展历程中，40年代末研制的涡轮喷气发动机的零部件使用了高温合金，对零部件的基本要求：1、工作温度一般不高于650℃，2、使用耐腐蚀材料制造。随着铸造高温合金的应用和发展，60年代涡轮风扇发动机得以研制成功，其工作温度被进一步提升。70年代开始，粉末高温合金涡轮盘的出现，使涡轮进口温度提高到1370℃。随着航空发动机性能的日益提高，燃烧室温度也在不断增长，航空发动机材料的工作条件越来越恶劣，对航空发动机材料的性能，特别是耐高温性提出了极高的要求。目前的耐高温材料主要有高温合金和陶瓷基复合材料，高温合金又主要包括铸造高温合金和粉末高温合金。铸造高温合金是以铸造方法直接制备零部件的高温合金材料，往往可以取得比较高的耐热温度。如CN105200521A公开了一种无铼低密度镍基单晶高温合金，耐热温度可以达到1100℃左右。然而，由于铸造高温合金零件的晶粒度比较大，容易出现偏析，导致其高温疲劳寿命和持久强度一般较差。粉末高温合金是采用粉末冶金方法制备的高温合金，这种技术解决了高温铸造合金偏析、热工艺性能差的缺点。如FGH97是一种镍基γ相沉淀强化型粉末冶金高温合金，与同类铸、锻高温合金相比，具有组织均匀、晶粒细小、屈服度高和疲劳性能好等优点。但是其只能承受700℃的工作温度。陶瓷基复合材料是以陶瓷为基体，与各种纤维复合后形成的一类复合材料。陶瓷基复合材料具有优异的耐高温性能，也常常应用于高温材料领域。其中，基于SiC基体的陶瓷基复合材料由于耐高温性能好，被广泛应用于高温结构部件中。如CN106966738A公布了一种SiC基体的陶瓷基复合材料，耐热性可达1450℃。然而，SiC在高于1600℃时会发生氧化，将会出现裂纹或孔洞，严重影响了材料的性能和应用前景。现在，多数航空发动机的涡轮进口温度在1300℃以上，而正在研制的现代试验型发动机的涡轮进口温度已达到1650℃，而希望的理想零部件可以更高达到1930℃。随着更先进发动机的研制发展，其零部件的耐高温性能被要求的越来越高，现有的耐高温材料很难在过高的温度条件下被使用。由此，如何制备一种具有优良的耐高温性能的材料，在航空发动机研究领域具有重要的现实意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种新型的耐高温氧化铝复合陶瓷材料，及其该材料的制备方法。本专利技术所述的耐高温氧化铝复合陶瓷材料是由以下重量份数的组份为原料：氧化铝70～85份、氧化铬7～15份、氧化锗5～13份、氧化镁4～7份、硅酸钙9～16份、硅溶胶8～15份、聚乙烯醇2～5份、聚丙烯酸铵0.5～3份，制成粉体并压制成胚体，经1400～1800℃高温烧结制备得到。其中，本专利技术优选将所述粉体采用冷等静压成型进行压制以得到胚体。具体地，所述的冷等静压成型是在150～300Mpa的工作压力下处理60～120s。进而，本专利技术可以采用各种破碎方法对所述原料进行粉碎以得到粉体。优选地，本专利技术是将所述原料混合加水进行球磨制成浆料后，再进行喷雾造粒以得到粉体。更具体地，所述的加水球磨中，水的用量是原料重量的50～80%。进一步地，本专利技术将所述胚体在1400～1800℃温度下高温烧结5～24h。进而，本专利技术还提供了所述耐高温氧化铝复合陶瓷材料的更具体的制备方法，包括以下步骤：1)、将所述重量份数的氧化铝、氧化铬、氧化锗、氧化镁、硅酸钙、聚乙烯醇、聚丙烯酸铵与所述用量的水一起加入到砂磨机中，球磨8～15h，再加入所述重量份数的硅溶胶并球磨1～2h，将制成的浆料喷雾造粒得到粉体；2)、将制备的粉体在150～300Mpa的工作压力下冷等静压成型处理60～120s，制备得到坯体；3)、将坯体在1400～1800℃温度下高温烧结5～24h，制备得到所述耐高温氧化铝复合陶瓷材料。经测试，本专利技术制备的耐高温氧化铝复合陶瓷材料不仅具有好的耐高温特性，可以承受2000℃的高温，而且耐腐蚀效果好，在稀盐酸溶液中浸泡一周未被腐蚀。本专利技术制备的耐高温氧化铝复合陶瓷材料适用范围广，特别适合用作航空发动机的零部件材料。具体实施方式下述实施例仅为本专利技术的优选技术方案，并不用于对本专利技术进行任何限制。对于本领域技术人员而言，本专利技术可以有各种更改和变化。凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。实施例1。称取72kg氧化铝、9kg氧化铬、5kg氧化锗、5kg氧化镁、11kg硅酸钙、2kg聚乙烯醇、1kg聚丙烯酸铵和63kg水，一起加入砂磨机中球磨8h，再加入12kg硅溶胶，继续球磨1.5h，出料得到浆料。将浆料喷雾造粒得到造粒粉，置于冷等静压机中，以180Mpa的成型压力保压60s，成型得到坯体。将胚体加热至1500℃烧结并保温5h后，制备得到耐高温氧化铝复合陶瓷材料。使用双色测温仪测试上述制备复合陶瓷材料的耐高温特性。将耐高温氧化铝复合陶瓷材料切割成2mm厚的样品，放置在加热实验台上，打开双色测温仪，将指示光斑对准样品。打开激光器，设定激光器功率控制其温度稳定在1990℃，持续照射30min。关闭激光器，将样品静置2h自然冷却。观察样品表面，未留下任何加热痕迹，更未穿孔。将上述样品浸入质量分数10%的稀盐酸溶液中，室温下浸泡7天后取出，观察样品表面未被腐蚀。实施例2。称取79kg氧化铝、13kg氧化铬、9kg氧化锗、6kg氧化镁、14kg硅酸钙、4kg聚乙烯醇、2kg聚丙烯酸铵和88kg水，一起加入砂磨机中球磨12h，再加入14kg硅溶胶，继续球磨2h，出料得到浆料。将浆料喷雾造粒得到造粒粉，置于冷等静压机中，以200Mpa的成型压力保压90s，成型得到坯体。将胚体加热至1600℃烧结并保温12h后，制备得到耐高温氧化铝复合陶瓷材料。按照实施例1方法测试制备的复合陶瓷材料的耐高温特性，并控制激光器温度稳定在2000℃。观察样品表面，未留下任何加热痕迹，更未穿孔。将上述样品浸入质量分数10%的稀盐酸溶液中，室温下浸泡8天后取出，观察样品表面未被腐蚀。实施例3。称取76kg氧化铝、11kg氧化铬、12kg氧化锗、5kg氧化镁、13kg硅酸钙、3kg聚乙烯醇、2.5kg聚丙烯酸铵和92kg水，一起加入砂磨机中球磨12h，再加入12kg硅溶胶，继续球磨2h，出料得到浆料。将浆料喷雾造粒得到造粒粉，置于冷等静压机中，以250Mpa的成型压力保压110s，成型得到坯体。将胚体加热至1800℃烧结并保温20h后，制备得到耐高温氧化铝复合陶瓷材料。按照实施例1方法测试制备的复合陶瓷材料的耐高温特性，并控制激光器温度稳定在2010℃。观察样品表面，未留下任何加热痕迹，更未穿孔。将上述样品浸入质量分数10%的稀盐酸溶液中，室温下浸泡8天后取出，观察样品表面未被腐蚀。实施例4。称取82kg氧化铝、9kg氧化铬、11kg氧化锗、5kg氧化镁、14kg硅酸钙、4kg聚乙烯醇、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐高温氧化铝复合陶瓷材料，是由以下重量份数的组份为原料：氧化铝70～85份、氧化铬7～15份、氧化锗5～13份、氧化镁4～7份、硅酸钙9～16份、硅溶胶8～15份、聚乙烯醇2～5份、聚丙烯酸铵0.5～3份，制成粉体并压制成胚体，经1400～1800℃高温烧结制备得到。

【技术特征摘要】
1.一种耐高温氧化铝复合陶瓷材料，是由以下重量份数的组份为原料：氧化铝70～85份、氧化铬7～15份、氧化锗5～13份、氧化镁4～7份、硅酸钙9～16份、硅溶胶8～15份、聚乙烯醇2～5份、聚丙烯酸铵0.5～3份，制成粉体并压制成胚体，经1400～1800℃高温烧结制备得到。2.根据权利要求1所述的耐高温氧化铝复合陶瓷材料，其特征是将所述粉体采用冷等静压成型进行压制以得到胚体。3.根据权利要求2所述的耐高温氧化铝复合陶瓷材料，其特征是所述的冷等静压成型是在150～300Mpa的工作压力下处理60～120s。4.根据权利要求1所述的耐高温氧化铝复合陶瓷材料，其特征是将所述原料混合加水进行球磨制成浆料，再进行喷雾造粒以得到粉体。5.根据权利要求4所述的耐高温氧化铝复合陶瓷材料，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨海宽，张猛，毕欣，董琦，王高，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西,14