一种高强度氧化铝陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及陶瓷材料领域，具体为一种高强度氧化铝陶瓷材料及其制备方法，由以下重量份数的原料制备而成：纳米α

【技术实现步骤摘要】
一种高强度氧化铝陶瓷材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及陶瓷材料领域，具体为一种高强度氧化铝陶瓷材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]氧化铝陶瓷作为一种广泛应用的先进陶瓷材料，不仅具有优异的力学性能和电学性能，还具有原料来源广泛、成本低廉等其它陶瓷材料难以比拟的优点。然而，氧化铝陶瓷也有着陶瓷材料共同的弱点
‑
韧性低，其断裂韧性通常只有3
‑
4MPa
·
m2左右，极大地影响了氧化铝陶瓷用作载荷零部件的工作可靠性和使用安全性。陶瓷材料脆性低的根源在于裂纹的存在容易引起应力的高度集中，所以提高氧化铝陶瓷材料抵抗裂纹扩展的能力和断裂能，减缓裂纹尖端的应力集中效应，是氧化铝陶瓷材料增韧补强方法成功的关键。

技术实现思路

[0003]专利技术目的：针对上述技术问题，本专利技术提出了一种高强度氧化铝陶瓷材料及其制备方法。
[0004]所采用的技术方案如下：
[0005]一种高强度氧化铝陶瓷材料，由以下重量份数的原料制备而成：
[0006]纳米α
‑
Al2O
3 80
‑
100份、纳米ZrO
2 20
‑
30份、硅粉10
‑
20份、SiC纤维5
‑
10份、LaMgAl
11
O
19
包覆片状Al2O3晶种5
‑
10份、有机单体10
‑
20份、N,N/>’‑
亚甲基双丙烯酰胺1
‑
2份、分散剂3
‑
5份、增塑剂10
‑
20份、水80
‑
120份。
[0007]进一步地，所述LaMgAl
11
O
19
包覆片状Al2O3晶种的制备方法如下：
[0008]将氢氧化铝、氯化钾、氯化钠混合球磨，所得混合粉末置于坩锅中，1100
‑
1200℃煅烧2
‑
3h，冷却后经水和乙醇洗涤并干燥得到片状Al2O3晶种，将硝酸镧、硝酸镁、硝酸铝加入水中，搅拌均匀后加入柠檬酸，升温至85
‑
95℃加入片状Al2O3晶种，继续搅拌3
‑
5h后抽滤，所得固体先于180
‑
200℃干燥8
‑
10h得到前驱体，然后于850
‑
950℃煅烧6
‑
10h，最后于1500
‑
1550℃煅烧4
‑
6h即可。
[0009]进一步地，所述柠檬酸、硝酸镧、硝酸镁、硝酸铝的物质的量比为19.5
‑
26：1：1：11。
[0010]进一步地，所述有机单体为丙烯酰胺改性壳聚糖。
[0011]进一步地，所述丙烯酰胺改性壳聚糖的制备方法如下：
[0012]将壳聚糖加入醋酸中配置成溶液，搅拌升温至45
‑
50℃，保护性气体氛围下，加入硝酸铈，反应30
‑
50min后，加入丙烯酰胺，继续反应5
‑
10h，反应液恢复室温后加入乙醇，用NaOH溶液调节体系pH至弱碱性，析出产物，过滤后用乙醇洗涤，真空干燥至恒重即可。
[0013]进一步地，所述壳聚糖、丙烯酰胺的质量比为3
‑
5：1。
[0014]进一步地，所述分散剂包括聚硅氧烷乳液和聚丙烯酸铵；
[0015]所述聚硅氧烷乳液和聚丙烯酸铵的质量比为1
‑
2：1。
[0016]进一步地，所述增塑剂为聚乙二醇、乙二醇、丙三醇、石蜡、水性聚氨酯中的任意一种或多种组合。
[0017]本专利技术还提供了一种高强度氧化铝陶瓷材料的制备方法：
[0018]将有机单体、N,N
’‑
亚甲基双丙烯酰胺加入水中制成溶液，再向溶液中加入纳米α
‑
Al2O3、纳米ZrO2、硅粉、SiC纤维、LaMgAl
11
O
19
包覆片状Al2O3晶种、分散剂、增塑剂，混合均匀后所得浆料球磨5
‑
10h，再于60
‑
80℃真空除泡20
‑
40min后压注成型，充型压力为8
‑
10MPa，室温固化成型后脱模，干燥至恒重，再放入高温炉中一段升温至500
‑
600℃排胶1
‑
2h，再二段升温至1560
‑
1620℃烧结2
‑
3h，随炉冷却至室温即可。
[0019]进一步地，一段升温速度为5
‑
10℃/min，二段升温速度为1
‑
3℃/min。
[0020]本专利技术的有益效果：
[0021]本专利技术提供了一种高强度氧化铝陶瓷材料，利用丙烯酰胺改性壳聚糖进行凝胶注模，由于成型得到的凝胶网络结构对颗粒起到很好的稳定与吸附作用，而且悬浮浆料良好的流动性使得氧化铝陶瓷结构均匀，致密度高，可满足一般的机械加工，硅粉可以促进氧化铝陶瓷的烧结，并通过填充部分贯通气孔来提高制品的力学强度，纳米ZrO2可以显著提高氧化铝陶瓷的力学性能，这主要是通过ZrO2对氧化铝晶粒生长的抑制作用及ZrO2的微裂纹增韧和相变增韧来实现的，LaMgAl
11
O
19
包覆片状Al2O3晶种可以形成增韧粒子，片状结构对裂纹扩展起很大的阻碍作用，增加了裂纹的扩展路径，提高了力学性能，LaMgAl
11
O
19
包覆于片状Al2O3晶种表面，LaMgAl
11
O
19
与片状Al2O3晶种配合，在高温烧结时可有效抑制晶粒畸形长大，使氧化铝陶瓷内部结构更为致密，本专利技术所制备氧化铝陶瓷材料致密度高，力学性能优良，其中抗弯强度≥723MPa，断裂韧性≥6.62MPa
·
m
1/2
，作为载荷零部件使用，具有极佳的工作可靠性和使用安全性。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例1中氧化铝陶瓷材料的表面SEM图。
具体实施方式
[0023]实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。本专利技术未提及的技术均参照现有技术。
[0024]实施例1：
[0025]一种高强度氧化铝陶瓷材料，由以下重量份数的原料制备而成：
[0026]纳米α
‑
Al2O
3 90份、纳米ZrO
2 25份、硅粉18份、SiC纤维8份、LaMgAl
11
O
19
包覆片状Al2O3晶种5份、丙烯酰胺改性壳聚糖15份、N,N
’‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强度氧化铝陶瓷材料，其特征在于，由以下重量份数的原料制备而成：纳米α
‑
Al2O
3 80
‑
100份、纳米ZrO
2 20
‑
30份、硅粉10
‑
20份、SiC纤维5
‑
10份、LaMgAl
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O
19
包覆片状Al2O3晶种5
‑
10份、有机单体10
‑
20份、N,N
’‑
亚甲基双丙烯酰胺1
‑
2份、分散剂3
‑
5份、增塑剂10
‑
20份、水80
‑
120份。2.如权利要求1所述的高强度氧化铝陶瓷材料，其特征在于，所述LaMgAl
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O
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包覆片状Al2O3晶种的制备方法如下：将氢氧化铝、氯化钾、氯化钠混合球磨，所得混合粉末置于坩锅中，1100
‑
1200℃煅烧2
‑
3h，冷却后经水和乙醇洗涤并干燥得到片状Al2O3晶种，将硝酸镧、硝酸镁、硝酸铝加入水中，搅拌均匀后加入柠檬酸，升温至85
‑
95℃加入片状Al2O3晶种，继续搅拌3
‑
5h后抽滤，所得固体先于180
‑
200℃干燥8
‑
10h得到前驱体，然后于850
‑
950℃煅烧6
‑
10h，最后于1500
‑
1550℃煅烧4
‑
6h即可。3.如权利要求1所述的高强度氧化铝陶瓷材料，其特征在于，所述柠檬酸、硝酸镧、硝酸镁、硝酸铝的物质的量比为19.5
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26：1：1：11。4.如权利要求1所述的高强度氧化铝陶瓷材料，其特征在于，所述有机单体为丙烯酰胺改性壳聚糖。5.如权利要求4所述的高强度氧化铝陶瓷材料，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国文，
申请(专利权)人：新化县顺达电子陶瓷有限公司，
类型：发明
国别省市：