一种含有核壳结构复合增韧相的氧化铝复合陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种含有核壳结构复合增韧相的氧化铝复合陶瓷及其制备方法

【技术实现步骤摘要】
一种含有核壳结构复合增韧相的氧化铝复合陶瓷及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种陶瓷复合材料及其制备方法，尤其涉及一种含有
B4C@TiB2核壳结构复合增韧相的
Al2O3复合陶瓷及其制备方法
。

技术介绍

[0002]Al2O3陶瓷作为一种重要的结构工程材料，具有低密度
、
高硬度
、
耐高温
、
耐磨损
、
耐腐蚀等优异性能，使其在医用器械
、
国防建设
、
机械
、
冶金和化学工业等领域具有重要的应用价值，是目前重点发展的关键新型结构材料
。
然而，
Al2O3陶瓷断裂韧性较低，导致其制品使用可靠性差
、
寿命短，严重阻碍它们的广泛应用
。
在
Al2O3基体内添加第二相物质作为增韧相是提高
Al2O3断裂韧性的有效手段
。
当前，国内外学者研究了不同物相
(
如
C
，
Ti
，
ZrO2，
SiC
等
)
以不同形态
(
如颗粒
、
晶须
、
纤维
、
二维片状等形态
)
作为增韧相对
Al2O3陶瓷的增韧效果
。
但目前来看，无论国内还是国外，所使用的增韧相都是单一的物相，其结构示意图如图<br/>1(a)
所示，即使添加两种物相作为增韧相，这两种增韧相在
Al2O3内也是各自独立存在，结构示意图如图
1(b)
所示
。
即当前对于
Al2O3陶瓷增韧研究的思路禁锢在以单相和两相独立弥散增韧结构为模板，通过简单的替换物相种类和形状，然后验证这种增韧相对陶瓷基体增韧效果
。
虽然不同物相对陶瓷基体增韧效果有所差异，但是由于增韧结构基本相同，导致增韧效果差异并不大，无法获得进一步突破，独立物相增韧研究遇到瓶颈
。
[0003]如国际杂志
Materials Science&amp;Engineering A777(2020)139066
报道了在
Al2O3粉体中添加碳纳米管和
TiH2，通过
1500℃
，
30MPa
真空热压烧结制备出
Al2O3‑
Ti
‑
TiC
复合陶瓷，该材料最高断裂韧性为
4.8
±
0.1MPa
·
m
1/2
，硬度为
17.3
±
0.3GPa
，虽然断裂韧性有所提高，但并不显著，这是因为其所制备的复合陶瓷中两种添加相是各自独立分布，增韧机理是利用相互分离的
TiC
和
Ti
物相与基体
Al2O3物相界面产生造成裂纹偏转和桥联，其增韧机理在本质和单一物相增韧一样，因此断裂韧性并没有实现突破
。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种含有
B4C@TiB2核壳结构复合增韧相的
Al2O3复合陶瓷及其制备方法，提出一种新型增韧结构和增韧理念，打破目前
Al2O3复合陶瓷均以独立物相作为增韧相的常规增韧策略，实现
Al2O3陶瓷断裂韧性进一步提升
。
[0005]本专利技术为解决上述问题所采用的技术方案为：
[0006]一种含有
B4C@TiB2核壳结构复合增韧相的
Al2O3复合陶瓷，其以氧化铝
(Al2O3)
为基体相，硼化钛包裹碳化硼核壳结构
(B4C@TiB2核壳结构
)
单元作为复合增韧相，按重量百分比计，基体相占比
80
％～
95
％，复合增韧相占比5％～
20
％；
B4C@TiB2核壳结构以
B4C
为核，以
TiB2为壳，
B4C
核的粒径在1～
10
μ
m
，
TiB2壳的厚度为
0.1
～
0.6
μ
m。
[0007]上述含有
B4C@TiB2核壳结构复合增韧相的
Al2O3复合陶瓷的制备方法，包括以下步
骤：
[0008](1)
以
B4C
粉体和
TiH2粉为原料，
NaCl
和
/
或
KCl
为熔盐介质，将
B4C、TiH2、NaCl、KCl
放入无水乙醇中磁力搅拌均匀，将得到的混合浆料利用旋转蒸发仪干燥，得到混合粉体后在真空烘箱烘干；
[0009](2)
将步骤
(1)
得到的混合粉体放入带盖子的刚玉坩埚中，然后把刚玉坩埚转移至管式炉中在流动的氩气气氛中加热升温到
1200
～
1400℃
，保温1～
2h
，冷却至室温后将刚玉坩埚中的粉体水洗
、
酸洗
、
水洗
、
真空干燥后，得到
B4C@TiB2核壳结构复合粉体；
[0010](3)
将步骤
(2)
制备的
B4C@TiB2核壳结构复合粉体和
Al2O3粉末通过磁力搅拌混合，乙醇作为液态介质，混合均匀后通过旋转蒸发
、
真空干燥得到
Al2O3和
B4C@TiB2混合粉体；
[0011](4)
将步骤
(3)
制备的
Al2O3和
B4C@TiB2混合粉体进行加压辅助快速烧结处理，得到含有
B4C@TiB2核壳结构复合增韧相的
Al2O3复合陶瓷
。
[0012]按上述方案所述，步骤
(1)
使用的
B4C
的平均粒径为1～
10
μ
m(
原料
B4C
粉体最终转化为
Al2O3复合陶瓷中的复合增韧相
B4C@TiB2核壳结构的
B4C
核，粒径基本不变，故该
B4C
核的粒径与原料
B4C
粉体基本一致
)
，纯度
≥98
％；
TiH2粒径为
100
～
800
目，纯度
≥98
％；
B4C
与
TiH2摩尔比
B4C:TiH2＝
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种含有硼化钛包裹碳化硼核壳结构复合增韧相的氧化铝复合陶瓷，其特征在于，以氧化铝为基体相，硼化钛包裹碳化硼核壳结构单元作为复合增韧相，按重量百分比计，基体相占比
80
％～
95
％，复合增韧相占比5％～
20
％
。2.
根据权利要求1所述的一种含有硼化钛包裹碳化硼核壳结构复合增韧相的氧化铝复合陶瓷，其特征在于，硼化钛包裹碳化硼核壳结构单元以
B4C
为核，以
TiB2为壳，
B4C
核的平均粒径在1～
10
μ
m
，
TiB2壳的厚度为
0.1
～
0.6
μ
m。3.
权利要求1所述的含有硼化钛包裹碳化硼核壳结构复合增韧相的氧化铝复合陶瓷的制备方法，其特征在于，先以
B4C
和
TiH2为原料通过熔盐法制备出具有核壳结构的
B4C@TiB2复合粉体，再将具有核壳结构的
B4C@TiB2复合粉体与
Al2O3粉体混合，经压力辅助快速烧结技术制备得到含有硼化钛包裹碳化硼核壳结构复合增韧相的氧化铝复合陶瓷
。4.
根据权利要求3所述的含有硼化钛包裹碳化硼核壳结构复合增韧相的氧化铝复合陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)
以
B4C
粉体和
TiH2粉为原料，
NaCl
和
/
或
KCl
为熔盐介质，将
B4C、TiH2、NaCl、KCl
放入无水乙醇中混合形成浆料，干燥后，得到混合粉体；
(2)
将步骤
(1)
得到的混合粉体放入带盖子的坩埚中，然后在管式炉中于流动的氩气气氛中升温到
1200
～
1400℃
，保温1～
2h
，冷却至室温后将坩埚中的粉体洗涤干燥后，得到
B4C@TiB2核壳结构复合粉体；
(3)
将步骤
(2)
制备的
B4C@TiB2核壳结构复合粉体和
Al2O3粉末以乙醇作为液态介质混合均匀，然后通过旋转蒸发
、
真空干燥得到
Al2O3和
B4C@TiB2混合粉体；
(4)
将步骤
(3)
制备的
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志晓，石英杰，张晓荣，李卫星，
申请(专利权)人：河北工程大学，
类型：发明
国别省市：