陶瓷相多组元复合材料预制件的制备方法技术

一种陶瓷相多组元复合材料预制件的制备方法，由制备浆料、制备混合料、脱水、制备坯件、焙烧步骤组成。本发明专利技术在原料配比中，采用微米级晶须和纳米级颗粒作为增强相，完成复合材料预制件的制作。使之应用在随后的复合材料的制作中，可以通过合理的工艺添加入基体合金中，改善原有基体合金的组织结构，使原有的基体合金性能得以彻底的改善，达到铸铁或钢的某些特殊性。该方法具有成本低、效率高、简单易行等优点,适合工业化大规模生产制作。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种，由制备浆料、制备混合料、脱水、制备坯件、焙烧步骤组成。本专利技术在原料配比中，采用微米级晶须和纳米级颗粒作为增强相，完成复合材料预制件的制作。使之应用在随后的复合材料的制作中，可以通过合理的工艺添加入基体合金中，改善原有基体合金的组织结构，使原有的基体合金性能得以彻底的改善，达到铸铁或钢的某些特殊性。该方法具有成本低、效率高、简单易行等优点,适合工业化大规模生产制作。【专利说明】
本专利技术属于用于材料
，具体涉及到陶瓷相多组元复合材料预制件。
技术介绍
近年来随着汽车尾气排放标准逐渐严格，绿色环保低碳新型材料越来越多地引入到工业制作中。其中，金属基复合材料引起人们广泛的重视。微米级晶须和纳米级颗粒作为增强相，有效地添加入基体合金中，改善原有基体合金的组织结构，最终以一种新型材料的形式，以其独特的材料性能服务于工业生产。例如，陶瓷晶须可以有效地改善基体合金的强韧性，而直径为纳米的陶瓷颗粒可以改善合金微观组织结构中弥散强度，从而使相对较软的基体合金性能(例如，铝合金或镁合金)得以彻底的改善，材料的宏观和微观强度得以提高，使之达到铸铁或钢的某些特殊性能，并应用到工业生产中。目前工业界传统的预制件制作方法是粉末冶金法，超声波震动法，机械搅拌法，真空冶炼法和干态压制法，但是这些方法都有一个共同的缺陷，即无法有效地解决在预制件的制作过程中合理地控制纳米颗粒和晶须的均匀分散性问题。其中，晶须和纳米颗粒是完全不同于以往的毫米级和微米级陶瓷颗粒和短纤的新型增强材料，他们自身具有独特的自我聚合和结团性，仅仅通过简单的化学试剂处理和外界机械搅拌，基本上不能将他们均匀分散开来.这些是困扰工业界长期以来的制作过程中难以逾越的瓶颈。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术的缺点，提供一种设计合理、结构简单、低成本、高效率并可广泛应用的。解决上述问题所采用的技术方案是由下述步骤组成:1、制备浆料将聚氧化乙烯3~10质量份加入到800~1300质量份的常温水中，搅拌I~3小时，均匀溶解，制备成聚氧化乙烯水溶液，将陶瓷晶须50~120质量份加入到聚氧化乙烯水溶液中，搅拌3~5小时，静置20~24小时，制成浆料待用。上述的聚氧化乙烯的数均分子量为17~22万；陶瓷晶须是氧化铝陶瓷晶须、氧化硅陶瓷晶须、硅酸铝陶瓷晶须、石墨陶瓷晶须、氧化硼陶瓷晶须、氮化硅陶瓷晶须中的任意一种或它们之间的任意组合物。2、制备混合料将配置的浆料中加入分子量为18~20万的聚乙烯醇与糊精质量比为1:1的组合物6~15质量份，水玻璃3~10质量份，搅拌3~5小时，在搅拌过程中加入陶瓷颗粒10~40质量份，制备成混合料。上述的陶瓷颗粒是氧化铝陶瓷颗粒、氧化硅陶瓷颗粒、碳陶瓷颗粒、碳化硼陶瓷颗粒中的任意一种或它们之间的组合物，其颗径是纳米级或者不同种类的纳米级颗粒的混合体。3、脱水将配置好的混合料，用孔径等于或小于陶瓷晶须直径的滤网包扎，采用离心法或加压或负压法过滤掉95%以上的水分。4、制备坯件将过滤掉水分的物料，置于成型模具中，在10~20MPA的压力下，压制成型，制成坯件。5、焙烧将制成的坯件，在工业用热处理炉内150~180°C烧结3~5小时，升温到1180~1250°C烧结4~7小时，随炉自然冷却，制备成陶瓷相多组元复合材料预制件。在本专利技术的制备浆料步骤I中，将聚氧化乙烯优选3~10质量份加入到优选900~1200质量份的常温水中，搅拌I~3小时，均匀溶解，制备成聚氧化乙烯水溶液，将优选50~100质量份陶瓷晶须加入到聚氧化乙烯水溶液中，搅拌3~5小时，静置20~24小时，制成浆料待用。在本专利技术制备浆料步骤I中，将聚氧化乙烯最佳5质量份加入到最佳1000质量份的常温水中，搅拌3~5小时，均匀溶解，制备成聚氧化乙烯水溶液，将陶瓷晶须最佳80质量份加入到聚氧化乙烯水溶液中，搅拌3~5小时，静置20~24小时，制成浆料待用。在本专利技术的制备混合料步骤2中，将配置的浆料中加入分子量为18~20万的聚乙烯醇与糊精质量比为1:1的组合物优选8~12质量份，水玻璃5~8优选质量份，搅拌3~5小时，在搅拌过程中加入陶瓷颗粒优选15~25质量份，制备成混合料。在本专利技术制备混合料步骤2中，将配置的浆料中加入分子量为18~20万的聚乙烯醇与糊精质量比为1:1的组合物最佳10质量份，水玻璃最佳6质量份，搅拌3~5小时，在搅拌过程中加入陶瓷颗粒最佳20质量份，制备成混合料。在本专利技术的焙烧步骤5中，将制成的坯件，在工业用热处理炉内优选155~170°C烧结4~5小时，升温到优选1200~1250°C烧结4~6小时，随炉自然冷却，制备成陶瓷相多组元复合材料预制件。在本专利技术的焙烧步骤5中，将制成的坯件，在工业用热处理炉内最佳165°C烧结5小时，升温到最佳1220°C烧结5小时，随炉自然冷却，制备成陶瓷相多组元复合材料预制件。在本专利技术的制备浆料步骤I中，陶瓷晶须的直径为微米级，长度与直径的比为20 ~500:1。在本专利技术的制备混合料步骤2中，陶瓷颗粒的粒径为纳米级。本专利技术采用聚乙烯醇在水溶液中充分溶解，并形成较长的分子链的特性，在机械搅拌的外力作用下，将原有的具有结团特征的微米晶须和纳米颗粒打散，同时利用聚乙烯醇分子链将其稳定隔离分散，最终均匀分布在特定的溶液中，随后排出相关多余的水分，在压力下完成陶瓷相多组元复合材料预制件的制作。不同等级的压力可以有效地调节和改变预制件中陶瓷可以和晶须所占的体积分数.从而在随后的复合材料的制作中，通过不同的增强相体积分数，改善复合材料的机械和物理性能.在原料配比中，采用微米级晶须和纳米级颗粒作为增强相，添加入基体合金中，改善原有基体合金的组织结构，使相对较软的基体合金性能得以彻底的改善，达到铸铁或钢的某些特殊性能。该方法具有成本低、效率高、简单易行等优点，适合工业化大规模生产制作。【具体实施方式】现结合实施例对本专利技术进行进一步说明，但是本专利技术不仅限于下述的实施方式。实施例1本实施例的由下述步骤组成:1、制备浆料将聚氧化乙烯5质量份加入到1000质量份的常温水中，搅拌3~5小时，均匀溶解，制备成聚氧化乙烯水溶液，将氧化铝陶瓷晶须80质量份加入到聚氧化乙烯水溶液中，氧化铝陶瓷晶须的直径为微米级，长度与直径的比为20~500:1，搅拌3~5小时，静置20~24小时，制成浆料待用。2、制备混合料将配置的浆料中加入分子量为18~20万的聚乙烯醇与糊精质量比为1:1的组合物10质量份，水玻璃6质量份，搅拌3~5小时，在搅拌过程中加入粒径是纳米级的氧化铝陶瓷颗粒20质量份，制备成混合料。3、脱水将配置好的混合料用孔径 < 小于等于晶须直径的滤网包扎，采用离心法过滤掉95%以上的水分，也可采用加压法过滤掉95%以上的水分，还可采用负压法过滤掉95%以上的水分。4、制备坯件将过滤掉水分的物料，置于成型模具中，在15MPA的压力下，压制成型，制成坯件，压制坯件的具体压力可所根据制备陶瓷相多组元复合材料预制件的具体零件强度要求在5~25MPA范围内来具体确定。5、焙烧将制成的坯件，在工业用热处理炉内165°C烧结5小时，升温到1220°C烧结5小时，随炉自然冷却，制备成陶瓷相多组元复合材料预制件。实施例2实施例中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种陶瓷相多组元复合材料预制件的制备方法，由下述步骤组成：（1）制备浆料将聚氧化乙烯3～10质量份加入到800～1300质量份的常温水中，搅拌1～3小时，均匀溶解，制备成聚氧化乙烯水溶液，将陶瓷晶须50～120质量份加入到聚氧化乙烯水溶液中，搅拌3～5小时，静置20～24小时，制成浆料待用；上述的聚氧化乙烯的数均分子量为17～22万；陶瓷晶须是氧化铝陶瓷晶须、氧化硅陶瓷晶须、硅酸铝陶瓷晶须、石墨陶瓷晶须、氧化硼陶瓷晶须、氮化硅陶瓷晶须中的任意一种或它们之间的任意组合物；（2）制备混合料将配置的浆料中加入分子量为18～20万的聚乙烯醇与糊精质量比为1：1的组合物6～15质量份，水玻璃3～10质量份，搅拌3～5小时，在搅拌过程中加入陶瓷颗粒10～40质量份，制备成混合料；上述的陶瓷颗粒是氧化铝陶瓷颗粒、氧化硅陶瓷颗粒、碳陶瓷颗粒、碳化硼陶瓷颗粒中的任意一种或它们之间的组合物，其颗径是纳米级或者不同种类的纳米级颗粒的混合体；（3）脱水将配置好的混合料，用孔径等于或小于陶瓷晶须直径的滤网包扎，采用离心法或加压或负压法过滤掉95%以上的水分；（4）制备坯件将过滤掉水分的物料，置于成型模具中，在5～25MPA的压力下，压制成型，制成坯件；（5）焙烧将制成的坯件，在工业用热处理炉内150～180℃烧结3～5小时，升温到1180～1250℃烧结4～7小时，随炉自然冷却，制备成陶瓷相多组元复合材料预制件。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张强，张莉，
申请(专利权)人：张强，
类型：发明
国别省市：陕西;61