一种Al2O3/TiC复合材料及其制备方法和电化学修复方法技术

本发明专利技术提供了一种Al2O3/TiC复合材料及其制备方法和电化学修复方法，包括Al2O3和TiC，TiC的体积分数为20％，所述TiC由TiH2和碳纳米管原位反应生成。通过超声分散碳纳米管；把Al2O3、TiH2粉末粉末和超声分散后的碳纳米管在氩气氛围中以乙醇为溶剂球磨，得到混合粉末；对混合粉末采用旋转蒸发仪对混合粉末进行干燥，干燥后的混合粉末在氩气保护下继续球磨；在氩气氛围中热压烧结混合粉末，得到复合材料。本发明专利技术在室温下对复合材料的表面进行阳极化处理，修复陶瓷材料非工作温度下产生的表面裂纹，强化表面，恢复力学性能，保障陶瓷高温应用时的服役可靠性，该裂纹修复方法不需要加热，操作简便。操作简便。操作简便。

【技术实现步骤摘要】
一种Al2O3/TiC复合材料及其制备方法和电化学修复方法


[0001]本专利技术涉及陶瓷材料领域，特别涉及一种Al2O3/TiC复合材料及其制备方法和电化学修复方法。

技术介绍

[0002]Al2O3基陶瓷材料具有高温热稳定性、化学稳定性、高强度和高硬度等特点，被广泛用作航空发动机的高温部件等。然而，Al2O3脆性大，在制备、加工和应用过程中，表面容易引入微裂纹。脆性陶瓷表面引入微裂纹后，裂纹对外界应力、应变以及温度变化敏感，裂纹处应力集中，导致裂纹进一步扩展。裂纹扩展会导致陶瓷强度降低，甚至使材料在非工作温度下发生断裂。
[0003]为了保证陶瓷的力学性能，必须对表面裂纹进行修复，恢复陶瓷的初期强度。目前，国内外常用的修复方法是在制备阶段，在陶瓷基体中加入修复剂制备“自修复”材料，修复剂颗粒在陶瓷高温工作环境下氧化并且体积膨胀，填充裂纹，完成表面裂纹的修复。同时，修复剂颗粒可以起到颗粒增强的效果，使陶瓷基体强韧化。Ti基修复剂，如Ti、TiB2、TiC以及Ti2ZnC等MAX相陶瓷是目前常用的修复剂颗粒，在高温下，这些修复剂颗粒会氧化产生TiO2，桥接裂纹，释放表面残余应力，恢复陶瓷的力学性能。其中，TiC和氧气的反应是多级次、反复发生的，同时，TiC是超高温、高强度、高热稳定性、良好电导性的陶瓷材料，加入到Al2O3基体中可以同时实现陶瓷的高力学性能和导电性以及自修复功能，提高陶瓷材料在航空航天领域的竞争力。但是，这些修复剂颗粒的热氧化温度通常高于1000℃，热氧化时间长达10h。陶瓷表面裂纹会导致材料在达到热修复所需要的时间和温度之前发生断裂。
[0004]然而，在陶瓷生产制备和机械加工过程中，表面裂纹不可避免，无法保证材料在使用之前的机械强度。因此，必须在低温下、在材料使用之前，比如室温下对陶瓷表面裂纹进行修复，恢复其力学性能，保证陶瓷在非工作条件下的连续性和完整性。基于氧化物填充裂纹的修复机理，阳极氧化技术可以在非加热条件下产生氧化物，以预修复的材料为阳极，惰性导电材料为阴极，利用电子在电解质中的迁移在材料表面形成氧化物来填充裂纹，修复表面裂纹、恢复陶瓷的机械强度。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种一种Al2O3/TiC复合材料及其制备方法和电化学修复方法，通过原位反应制备，使修复剂颗粒最大化的沿晶分布以强化颗粒之间的相互作用，保证复合材料的力学性能和电学性能。以导电凝胶作为电解质，把导电凝胶涂覆在修复件表面，直接对选定的区域进行氧化处理，使裂纹修复不受修复件形状和尺寸以及修复场地的限制。
[0006]本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
[0007]一种Al2O3/TiC复合材料，包括Al2O3和TiC，TiC的体积分数为20％，所述TiC由TiH2和碳纳米管原位反应生成。
[0008]进一步，所述复合材料的电导率大于1S/cm。
[0009]一种Al2O3/TiC复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0010]通过超声分散碳纳米管；
[0011]把Al2O3、TiH2粉末粉末和超声分散后的碳纳米管在氩气氛围中以乙醇为溶剂球磨，得到混合粉末；对混合粉末采用旋转蒸发仪对混合粉末进行干燥，干燥后的混合粉末在氩气保护下继续球磨；
[0012]在氩气氛围中热压烧结混合粉末，得到Al2O3/TiC复合材料。
[0013]进一步，所述混合粉末在氩气氛围中热压烧结的温度为1500℃，烧结时间为1h。
[0014]进一步，所述碳纳米管的超声分散2h；Al2O3、TiH2粉末粉末和超声分散后的碳纳米管在氩气氛围中以乙醇为溶剂球磨24h得到混合粉末，采用旋转蒸发仪对混合粉末进行干燥，干燥后的混合粉末在氩气保护下继续球磨12h。
[0015]一种Al2O3/TiC复合材料的电化学修复方法，包括如下步骤：
[0016]当所述的Al2O3/TiC复合材料出现裂纹时，在裂纹处涂覆导电凝胶；
[0017]Al2O3/TiC复合材料连接阳极，惰性金属铂连接阴极，在室温下通过阳极氧化处理修复Al2O3/TiC复合材料出现的裂纹。
[0018]进一步，所述阳极氧化处理过程中电流密度为2A/dm2。
[0019]进一步，在室温下通过阳极氧化处理修复后的Al2O3/TiC复合材料的弯曲强度为原始Al2O3/TiC复合材料的弯曲强度的91.3％。
[0020]本专利技术的有益效果在于：
[0021]1.本专利技术所述的Al2O3/TiC复合材料及其制备方法，提供的陶瓷/陶瓷复合材料具有高强度、高韧性、优异的导电性能，并且具有室温下裂纹可修复功能，能够保证陶瓷在非工作状态下的完整性以及在高温工作时的可靠性。本专利技术提供了一种全新的能够在低温下进行表面裂纹修复的陶瓷/陶瓷材料。复合材料通过原位反应制备，使修复剂颗粒最大化的沿晶分布以强化颗粒之间的相互作用，保证复合材料的力学性能和电学性能。
[0022]2.本专利技术所述的Al2O3/TiC复合材料的电化学修复方法，复合材料导电，电导率在1S/cm以上，修复剂颗粒TiC导电且可以被阳极氧化，导电凝胶作为阳极氧化的电解质视为本专利技术所独创的，可以对修复件选定的区域直接进行阳极化处理，可以直接用于装备好的陶瓷工件，修复场地不受限制，有利于阳极氧化修复技术的推广和应用。在电化学领域，阳极氧化过程通常采用液体电解质，只能在固定的地方操作，限制了修复件的形状、尺寸和修复场所，导致陶瓷的室温表面裂纹修复技术难以推广，本专利技术以导电凝胶作为电解质，把导电凝胶涂覆在修复件表面，直接对选定的区域进行氧化处理，使裂纹修复不受修复件形状和尺寸以及修复场地的限制。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，显而易见地还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]图1为本专利技术所述Al2O3/TiC复合材料的表面形貌图。
[0025]图2为本专利技术所述Al2O3/TiC复合材料的阳极氧化实验装置示意图；
[0026]图3为本专利技术所述Al2O3/TiC复合材料的阳极氧化之后表面形貌；
[0027]图4为本专利技术所述Al2O3/TiC复合材料的初始、裂纹引入后以及阳极氧化修复后的弯曲强度。
具体实施方式
[0028]下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0029]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Al2O3/TiC复合材料，其特征在于，包括Al2O3和TiC，TiC的体积分数为20％，所述TiC由TiH2和碳纳米管原位反应生成。2.根据权利要求1所述的Al2O3/TiC复合材料，其特征在于，所述复合材料的电导率大于1S/cm。3.一种根据权利要求1所述的Al2O3/TiC复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：通过超声分散碳纳米管；把Al2O3、TiH2粉末粉末和超声分散后的碳纳米管在氩气氛围中以乙醇为溶剂球磨，得到混合粉末；对混合粉末采用旋转蒸发仪对混合粉末进行干燥，干燥后的混合粉末在氩气保护下继续球磨；在氩气氛围中热压烧结混合粉末，得到Al2O3/TiC复合材料。4.根据权利要求3所述的Al2O3/TiC复合材料的制备方法，其特征在于，所述混合粉末在氩气氛围中热压烧结的温度为1500℃，烧结时间为1h。5.根据权利要求3所述的Al2O3/TiC复合材料的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管...

【专利技术属性】
技术研发人员：施圣芳，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：