本发明专利技术涉及一种反应烧结钛酸铝－氮化硅复合材料及其制备方法，属陶瓷材料领域。该复合材料所用原料以及原料的重量百分比为：α－Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］粉４２～４７％，ＴｉＯ↓［２］粉３４～３８％，ＭｇＯ粉３．６～４．６％，ＺｒＯ↓［２］粉０．４％，Ｓｉ↓［３］Ｎ↓［４］粉１０～２０％。其制备方法是将上述原料干混后，与质量浓度为２％的聚乙烯醇溶液混合搅拌形成半干坯料；坯体成型压强１００～１５０ＭＰａ；成型后坯体在１１０℃干燥２ｈ；干燥后坯体在氮化气氛条件下经１４５０～１５５０℃保温２～３ｈ烧成后得到反应烧结钛酸铝－氮化硅复合材料。该复合材料的强度比普通钛酸铝材料高的多，是冶金、玻璃、汽车、航天等领域有希望的更新材料。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于陶瓷材料领域，具体涉及。
技术介绍
本专利技术是开发一种可用于冶金、汽车、航天等领域的反应烧结钛酸铝-氮化硅复合材料。 该复合材料的物相组成是以钛酸铝为主成分，与少量的氮化硅复合而成，该复合材料具有良 好的高溫性能、強度及抗热震性。钛酸铝(Al2Ti05)陶瓷材料具有高的熔点(1860。C)，在室温 1000'C温度范围，钛酸铝 具有低的热膨胀系数a (a小于零，或接近于零)，是目前仅有的低膨胀、高熔点的抗热震陶 瓷材料。钛酸铝晶体各晶轴热膨胀的差异较大，导致钛酸铝材料在冷却时产生微裂纹，因此 钛酸铝材料的机械强度较低，常温抗折强度低于20MPa。引入稳定剂的钛酸铝材料其强度有 所提高(常温抗折强度30MPa左右)，但仍属较低强度陶瓷材料，限制了钛酸铝材料在钢铁 冶金、航天等领域的进一步应用。王志发等研制的钛酸铝坩埚应用于165(TC合金钢液的合金 钢义齿的感应熔炼铸造过程，坩埚内表面基本无合金钢液残留及侵蚀痕迹，但该钛酸铝坩埚 仍存在强度较低的缺点。氮化硅(Si3N4)是一种具有良好的强度、耐高温、抗氧化、抗熔体侵蚀、低热膨胀系数 的非氧化物陶瓷材料。其分解温度为1900°C，可耐氧化到1400。C， 20 1400。C范围的线性膨 胀系数为(2.8 3.2) X1(T，C。在冶金、机械、化工、半导体、航空、原子能等工业上具有较广泛的应用。本课题根据多相陶瓷材料的复合改性及反应烧结原理，以a-氧化铝(a-Al203)粉、钛白 (Ti02)粉、与氮化硅(Si3N4)粉为主要原料，在高温氮气条件下反应合成钛酸铝，形成氮 化硅与钛酸铝结合的反应烧结钛酸铝-氮化硅复合材料。制备后的复合材料再次经历高温使用 时，复合材料显露气孔部位的少量氮化硅会氧化反应为氧化硅(Si02)，氮化硅氧化为氧化硅 的反应过程伴随有体积膨胀效应，进一步提高了复合材料的密实度和强度。本专利技术的反应烧 结钛酸铝-氮化硅复合材料可为钢铁及有色冶金、航天等工业领域提供一种新型高温结构材
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于上述现有技术中的不足，提供一种耐高温、強度高、高抗热震的 反应烧结钛酸铝-氮化硅复合材料及其制备方法。 本专利技术的技术方案与技术特征为本专利技术为，其特征在于该复合材料所 用原料以及原料的重量百分比为01-八1203粉42 47%， 1102粉34 38%， MgO粉3.6 4.6 %， ZrO2粉0.4。/。， Si3N4粉10 20X。该复合材料制备包括以下步骤坯料制备；坯体成型； 坯体干燥；坯体高温氮化烧成。该复合材料所用原料的粒径01-^203粉<0.01 mm， 7102粉<0.01 mm， MgO粉〈0.01 讓，Zr02粉〈0.01 mm， Si3N^<0.04腿。该复合材料所用原料纯度的重量百分比含量为a-Al203粉中的Al203》99%， 1102粉中 的Ti02》99%， MgO粉中的MgO》99%， Zr02粉中的Zr02》95%， Si3N4粉中的Si3N4》95%。该复合材料的坯料制备方法是将a-Al203粉、Ti02粉、MgO粉、Zr02粉与Si3N4粉干 混后，与质量浓度为2 %的聚乙烯醇溶液混合搅拌形成半干坯料，聚乙烯醇溶液的加入量为 6% (重量百分比，外加)。该复合材料的坯体成型方法是:采用液压压力机或摩擦压力机成型，坯体成型压强为50 100 MPa。该复合材料的坯体干燥方法是；成型后坯体在11(TC干燥2h。该复合材料的坯体烧成方法是干燥后坯体经1450 155(TC氮化气氛烧成，保温时间2 3 h后获得反应烧结钛酸铝-氮化硅复合材料。具体实施方式 实施例1复合材料坯料的各原料重量百分比为〈0.(Hmm的a-Al203粉45。/。， <0.01 mm的Ti02 粉36%， <0.01 mm的MgO粉3.6%， <0.01 mm的Zr02粉0.4%， <0.04 mm的Si3N^ 15%;坯料制备是将上述各原料干混后，与质量浓度为2 %的聚乙烯醇溶液混合搅拌形成坯料，聚 乙烯醇溶液的加入量为6% (重量百分比，外加)；坯体成型压强为100 MPa;坯体在ll(TC 干燥2h;干燥后坯体经1550保温时间2h烧成后得到反应烧结钛酸铝-氮化硅复合材料。该复合材料的显气孔率为11.66%，抗折强度为45.6 MPa (纯钛酸铝材料的抗折强度为 14.5MPa)。实施例2复合材料坯料的各原料重量百分比为<0.01 mm的a-Al203粉46%， <0.01 mm的Ti02 粉37%， <0.01腿的MgO粉3.60/o， <0.01 mm的ZrCb粉0.4%， <0.04 mm的Si美粉13%;坯料制备是将上述各原料干混后，与质量浓度为2 %的聚乙烯醇溶液混合搅拌形成坯料，聚 乙烯醇溶液的加入量为6% (重量百分比，外加)；坯体成型压强为100 MPa;坯体在ll(TC 干燥2h;干燥后坯体经1550保温时间2h烧成后得到反应烧结钛酸铝-氮化硅复合材料。该复合材料的显气孔率为8.93%,抗折强度为54.7 MPa (纯钛酸铝材料的抗折强度为 14.5MPa)。实施例3复合材料坯料的各原料重量百分比为<0.01 mm的a-Al203粉47%， <0.01 mm的Ti02 粉38%， <0.01 mm的MgO粉3.6%， <0.01腿的Zr02粉0.4%， <0.04 mm的S,粉11%;坯料制备是将上述各原料干混后，与质量浓度为2 %的聚乙烯醇溶液混合搅拌形成坯料，聚 乙烯醇溶液的加入量为6% (萬量百分比，外加)；坯体成型压强为100 MPa;坯体在ll(TC 干燥2h;干燥后坯体经1550保温时间2h烧成后得到反应烧结钛酸铝-氮化硅复合材料。该复合材料的显气孔率为6.51%，抗折强度为60.2 MPa (纯钛酸铝材料的抗折强度为 R5MPa)。权利要求1、，其特征在于该复合材料所用原料以及原料的重量百分比为α-Al2O3粉42～47％，TiO2粉34～38％，MgO粉3.6～4.6％，ZrO2粉0.4％，Si3N4粉10～20％。该复合材料制备包括以下步骤坯料制备；坯体成型；坯体干燥；坯体高温氮化烧成。2、 如权利要求1所述的反应烧结钛酸铝-氮化硅复合材料及其制备方法，其特征在于所 用原料的粒径为01-八1203粉<0.01 mm， 1102粉<0.01 mm， MgO粉〈0.01 mm， Zr02粉〈 0.01 mm， Si3N4粉<0.04 mm。3、 如权利要求1所述的反应烧结钛酸铝-氮化硅复合材料及其制备方法，其特征在于所 用原料纯度的重量百分比含量为a-Al203粉中的Al203>99%， 1102粉中的Ti02》99%， MgO 粉中的MgO>99%， Zr02粉中的Zr02》95%， Si3N4粉中的Si3N4>95%。4、 如权利要求1所述的反应烧结钛酸铝-氮化硅复合材料及其制备方法，其特征在于坯 料制备方法是将a-Al203粉、Ti02粉、MgO粉、Zr02粉与Si3N4粉干混后，与聚乙烯醇溶 液混合搅拌形成半干坯料。5、本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种反应烧结钛酸铝－氮化硅复合材料及其制备方法，其特征在于该复合材料所用原料以及原料的重量百分比为：α－Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］粉４２～４７％，ＴｉＯ↓［２］粉３４～３８％，ＭｇＯ粉３．６～４．６％，ＺｒＯ↓［２］粉０．４％，Ｓｉ↓［３］Ｎ↓［４］粉１０～２０％。该复合材料制备包括以下步骤：坯料制备；坯体成型；坯体干燥；坯体高温氮化烧成。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王瑞生，王志发，卜景龙，贾翠，喻善均，焦振华，
申请(专利权)人：河北理工大学，
类型：发明
国别省市：13[中国|河北]
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