一种碳化硅|氧化铝复相陶瓷的制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109650852A(43)申请公布日2019.04.19(21)申请号201811608753.5(22)申请日2018.12.27(71)申请人济南大学地址250022山东省济南市市中区南辛庄西路336号(72)发明人于金满王志李庆刚史国普吴俊彦吴昊张柳(74)专利代理机构济南誉丰专利代理事务所(普通合伙企业)37240代理人高强(51)Int.Cl.C04B35/10(2006.01)C04B35/645(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图2页(54)发明名称一种碳化硅|氧化铝复相陶瓷的制备方法(57)摘要本发明涉及一种碳化硅|氧化铝复相陶瓷的制备方法，属于复相陶瓷的制备领域。本发明采用纳米级碳化硅粉和微米级氧化铝粉为原料，首先称取若干组分的原料，混合后以无水乙醇为分散介质，高纯氧化铝球为磨球进行球磨混料。将混合后的料浆在冷冻干燥机中冷干燥，再将干燥后的粉体研磨并过筛，获得混合均匀的粉料，将其装在石墨模具内，使用真空热压炉烧结，制备出圆饼状碳化硅|氧化铝复相陶瓷。该方法的制备工艺操作简便，所制备的碳化硅|氧化铝复相陶瓷，具有相对密度高，弯曲强度高，断裂韧性好，维氏硬度高等优点，且分别超过99.47%，507.82MPa，4.75MPa·m1/2，1824.96Hv。CN109650852ACN109650852A权利要求书1/1页1.一种碳化硅|氧化铝复相陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:将原材料碳化硅粉和氧化铝粉按一定体积比（SiC含量为5～25vol.%）称取若干组混合，将混合粉末采用湿法混料法由行星式球磨机混料，将混合后的料浆在冷冻干燥机中冷干燥，再将干燥后的粉体研磨并过筛，获得混合均匀的粉料，将其装在石墨模具内，使用真空热压炉烧结，烧制成圆饼状碳化硅|氧化铝复相陶瓷。2.如权利要求1所述的一种碳化硅|氧化铝复相陶瓷的制备方法，湿法混料采用的分散介质为无水乙醇，研磨球为氧化铝球，设定的行星式球磨机球磨速度、球磨时间分别为450转/分钟、12小时。3.如权利要求1所述的一种碳化硅|氧化铝复相陶瓷的制备方法，其中，原材料氧化铝粉的平均粒径为1μm，碳化硅粉的的平均粒径为50nm。4.如权利要求1所述的一种碳化硅|氧化铝复相陶瓷的制备方法，真空热压烧结温度为1400～1600°C，升温速率为5～15℃/min，烧结压力为25～35MPa，保温时间为1～2小时。2CN109650852A说明书1/3页一种碳化硅|氧化铝复相陶瓷的制备方法技术领域[0001]本发明属于复相陶瓷技术领域，具体涉及一种碳化硅|氧化铝复相陶瓷的制备方法。背景技术[0002]氧化铝（Al2O3）陶瓷具有硬度大（其洛氏硬度为HRA80-90,仅次于金刚石），密度小（3.5g/cm3），耐高温，耐腐蚀以及耐磨性能好等优点。不过单相氧化铝陶瓷的平均抗弯强度为344MPa，因其以离子键或共价键相结合，故其位错的势垒很高，材料的韧性很差，断裂强度较低，经常会发生脆性断裂，不能承受巨大的机械冲击和热冲击，使其抗热震性和抗蠕变能力下降，大大的限制了氧化铝陶瓷材料广泛的应用与发展。[0003]碳化硅又名金刚砂或耐火砂，是由石英砂、煤焦、木屑等原料通过电阻炉高温冶炼而成。碳化硅在自然界中也存在罕见的矿物，莫桑石。碳化硅又称碳硅石。在当代碳、氮、硼等非氧化物高技术耐火原料中，碳化硅是应用最广泛、最经济的一种，还可以称之为金钢砂。[0004]碳化硅的比重为3.20～3.25，显微硬度为2840～3320kg/mm2。碳化硅的硬度很大,莫氏硬度为9.5级，仅次于世界上最硬的金刚石（10级），具有优良的导热性能，是一种半导体，高温时能抗氧化。此外，碳化硅还具有很多优异的性质，如：化学性质稳定、热膨胀系数小、耐磨性好等等。除了可作磨料之用外，还可以被应用到许多领域，例如：可用其制备高级耐火材料，且具有耐热震、体积小、重量轻而强度高，节能效果好等优点。可用低品级碳化硅作脱氧剂，其作用是加快炼钢速度，并通过控制化学组分来提高钢的质量。此外，碳化硅还可作为制作电热元件硅碳棒的原材料。[0005]为了改善氧化铝陶瓷材料的脆性，本发明将碳化硅、氧化铝这两种普通的陶瓷材料复合在一起形成一种复相陶瓷材料，相对于单相氧化铝陶瓷其力学性能将显著提高。因此在陶瓷刀具、陶瓷发动机、军工装备和航天航空等方面有很大应用前景。[0006]发明内容[0007]传统的单相氧化铝陶瓷其强度、硬度、韧性等不能同时得到保证。本发明采用一种新颖的设计方法，制备出了一种碳化硅|氧化铝复相陶瓷。测试结果表明，此复相陶瓷具有较好的硬度、强度、韧性以及致密度。其原因可归结为：在SiC/Al2O3复相陶瓷中，Al2O3的晶间存在纳米