一种新型高性能复相陶瓷材料的应用前景.pdf

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一种新型高性能复相陶瓷材料的应用前景墨望垒堕煦塑堡垒垦曼垒丛!!姿山东陶瓷1111笙!旦垒P!：；Q!!·综述·勇1’2，郑国明3，潘兆义1，孙晓光1，王亮1，王铀1摘传统Al：O。／Ti0：复相陶瓷韧性低，可靠性难以保证。将纳米技术引入到该领域，通过把纳米尺度的氧化铝和氧化钛粉末再造粒成为纳米结构的氧化铝／氧化钛(Alzoa／TiOz)复合氧化物粉末并采用新型工艺路线制备的精细结构A1。O。／TiO：复相陶瓷，与传统微米级晶粒尺度的Al：0。／Ti0。复相陶瓷相比，其强度、韧性和耐磨性均有一定的提高。该陶瓷可应用于耐磨耐蚀工程陶瓷、防弹陶瓷片及陶瓷复合防弹板、舰船用结构件等。关键词复相陶瓷；力学性能；应用陶瓷材料在很多领域中广泛应用。但它存在两个致命弱点：低韧性和低可靠性，从而限制了它的应用范围[1]。为提高陶瓷材料的韧性和可靠性，陶瓷材料研究者可谓煞费苦心。上世纪80年代，复相陶瓷曾为陶瓷发动机的研制立过汗马功劳。而今，随着科学技术的发展，特别是能源、空间技术的发展，对陶瓷材料的性能要求也越来越高。先进高性能陶瓷材料作为现代陶瓷材料的一个重要组成部分，有着极其广阔的应用前景。到上世纪90年代初，纳米复相陶瓷的构想应运而生。用纳米级的第二相存在于基体中微米级或亚微米级的晶内或晶界中，可以同时起到对材料的强化与增韧的作用，因此，纳米复相陶瓷也就成为最具实用意义的纳米陶瓷[2]。高性能结构陶瓷是具有高强度、高韧性、高硬度、耐高温、耐磨损、耐腐蚀和化学稳定性好等优异性能的一类先进结构陶瓷，已逐步成为航空航天、新能源、电子信息、汽车、冶金、化工等工业技术领域和人类日常生活中不可缺少的关键材料。氧化铝陶瓷是陶瓷材料家族中最重要最广泛应用的一类陶瓷，由于其强度高、耐高温、绝缘性好、耐磨抗蚀，并且具有良好的机电性能，因此广泛应用于电子、机械、化工等工业。在氧化铝(Al。0。)中加入一定量的氧化钛(Ti0。)，将他们制备成不同配比的氧化铝／氧化钛(AlzOs／TiOz)复合氧化物粉末，这类粉末制备成块体AlzTiO：复相陶瓷材料，这种复相材料有望在耐磨材料领域获得应用。然而，其强度、韧性等性能却不高，限制了它的应用。进而材料科学家想到将纳米技术引入到该领域，将纳米尺度的氧化铝和氧化钛粉末再造粒成为纳米结构的氧化铝／氧化钛(Al：03／TiO：)复合氧化物粉末并用于制备精细结构Al。0。／Ti0：复相陶瓷。研究表明此种精细Al：03／Ti0：复相陶瓷与传统微米级晶粒尺度的AlzO。／TiO：复相陶瓷相比，其强度、韧性和耐磨性均有一定的提高口“]。到目前为止，虽然Alz0。／Tioz陶瓷涂层已经得到成功应用并显示出了优越的性能，但是作为陶瓷材料家族中的一员，块体Al：O。／Ti0：复相陶瓷材料却还没有得到实际应用。因而，有必要研究开发具有更高性能的新型精细Alz03／TiO：系复相陶瓷材料。为了提高AlzO。／Ti0：复相陶瓷的力学性能以及降低此系列复相陶瓷的烧成温度，我们采用新型工艺路线方法来制备高性能精细氧化铝／氧化钛(Al：0。／TiO：)复相陶瓷，提供了一种改性第34卷第2期V01．34杨(1．哈尔滨工业大学材料科学系，哈尔滨1500012．河北工业大学材料科学系，天津3001323．黑龙江岁宝热电有限公司水泥分厂，哈尔滨150300)要Os／No．2文章编号：l005一0639(2011)02一0020—04中圈分类号：TQl74．75文献标识码：A收稿日期；2011一01—28作者简介：杨勇，男，1980年10月生，河北承德人，博士，讲师．
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性能指标应用领域Al：O。／Ti0：复相陶瓷以提高其力学性能的方法[5，6](中国专利：ZL本发明一种提高氧化铝／氧化钛复相陶瓷材料性能的改性方法如下：先利用球磨机将精细氧化铝(Al：Os)和氧化钛(TiOz)原料粉体均匀混合，并在其中加入改性剂粉体，混合过程中加入粘结剂和去离子水；混合均匀后将所得浆料在喷雾干燥设备上进行喷雾干燥再造粒；随后对所得粉料进行热处理；热处理后的粉体在压力机上进行预压成型；然后再对坯料进行冷等静压成型；最后采用无压烧结或有压烧结的方法对坯料进行烧结。本发明的方法的工艺路线中的烧结方式还可以是热压烧结法、高温等静压法、微波加热烧结法、微波等离子体烧结法和放电等离子体烧结法等。1表1给出了我们自行烧结制得的氧化铝基复相陶瓷材料的性能。作为对比，表中给出北京大华陶瓷厂生产的飞机防弹装甲陶瓷、爱尔创公司氧化铝96、中威陶瓷公司氧化铝97和德瑞陶瓷公司氧化铝陶瓷的性能。同时也给出了国外高温高压烧结所得与我们同类陶瓷材料的最高性能数据(表1中所有陶瓷的耐热温度都在1500。C以上)。22．1耐磨耐蚀工程陶瓷目前国内外钢铁厂、水泥厂、发电厂、炼油厂、金属冶