專利名稱：一種Fe₃AI/AI₂O₃納米復(fù)相陶瓷的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米復(fù)相陶瓷的制備方法。
背景技術(shù)：
Al2O3是一種典型的陶瓷材料，其高熔點(diǎn)、高硬度、耐熱、耐腐蝕和電絕緣性好等優(yōu)點(diǎn)，使得它能夠在較為苛刻的條件下使用，而且由于其生產(chǎn)工藝成熟，生產(chǎn)量大，價(jià)格低廉， 使其成為科技領(lǐng)域應(yīng)用最廣的重要基礎(chǔ)材料之一。但Al2O3陶瓷的脆性限制了其大規(guī)模的 應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在降低陶瓷脆性的同時(shí)提高材料的斷裂韌性。本發(fā)明是一種Fe3AVAl2O3納米復(fù)相陶瓷的制備方法，其步驟為首先準(zhǔn)備好Fe3Al 粉末，用球磨機(jī)混合Al2O3和Fe3Al粉末，混合時(shí)間為8小時(shí)，F(xiàn)e3Al加入量為Al2O3和Fe3Al 粉末混合物重量的5 20%，將混合均勻后的粉體置于真空熱壓燒結(jié)爐中進(jìn)行熱壓成型燒 結(jié)，成型壓力2. 5t、燒結(jié)溫度為1250°C 1400°C，燒結(jié)時(shí)間為15 60分鐘。本發(fā)明制備的Fe3AVAl2O3納米復(fù)相陶瓷中的Fe3Al金屬間化合物具有長(zhǎng)程有序的 特殊結(jié)構(gòu)，其高溫強(qiáng)度、高溫蠕變和抗氧化耐腐蝕性能高于大部分金屬材料，韌性優(yōu)于陶瓷 材料，在降低陶瓷脆性的同時(shí)提高了材料的斷裂韌性，使Al2O3陶瓷應(yīng)用范圍增大。本發(fā)明的復(fù)合材料的維氏硬度最高達(dá)到9. 75Gpa,斷裂韌性8. 30MPa/m1/2,比原 Al2O3陶瓷的斷裂韌性提高了 137%，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。


圖1為燒結(jié)溫度與材料致密度的關(guān)系圖，圖2為保溫時(shí)間與材料致密度的關(guān)系圖， 圖3為燒結(jié)溫度與材料維氏硬度的關(guān)系圖，圖4為保溫時(shí)間與材料維氏硬度的關(guān)系圖，圖5 為燒結(jié)溫度與材料斷裂韌性的關(guān)系圖，圖6為保溫時(shí)間與材料斷裂韌性的關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明是一種Fe3AVAl2O3納米復(fù)相陶瓷的制備方法，其步驟為首先準(zhǔn)備好Fe3Al 粉末，用球磨機(jī)混合Al2O3和Fe3Al粉末，混合時(shí)間為8小時(shí)，F(xiàn)e3Al加入量為Al2O3和Fe3Al 粉末混合物重量的5 20%，將混合均勻后的粉體置于真空熱壓燒結(jié)爐中進(jìn)行熱壓成型燒 結(jié)，成型壓力2. 5t、燒結(jié)溫度為1250°C 1400°C，燒結(jié)時(shí)間為15 60分鐘。如圖1所示，材料致密度隨燒結(jié)溫度的升高呈增大趨勢(shì)，燒結(jié)溫度在1300°C到 1350°C范圍內(nèi)，材料致密度增大很快，從90. 37%增大到91. 94%，燒結(jié)溫度超過1350°C后， 致密度雖然在升高但增幅不大。原因?yàn)椴牧显谳^高的燒結(jié)溫度下，粉體擴(kuò)散較充分，有利于 氣孔的排出，達(dá)到一定溫度后，溫度對(duì)粉體擴(kuò)散、氣孔排出的作用到了極限，即使溫度升高 也不能對(duì)致密度有所幫助。如圖2所示，材料致密性隨保溫時(shí)間的延長(zhǎng)而升高，保溫時(shí)間的影響規(guī)律與燒結(jié)溫度的影響規(guī)律相似。在高溫下，延長(zhǎng)保溫時(shí)間有利于粉體擴(kuò)散、氣孔排 出，致密性提高。如圖3所示，材料的維氏硬度隨燒結(jié)溫度的升高而增大。硬度跟材料致密 度關(guān)系很大，材料致密性好硬度就高。燒結(jié)溫度的升高有利于材料致密，相應(yīng)的材料的硬度 也隨之增大。如圖4所示，隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)材料維氏硬度也隨之增加，說明保溫時(shí)間的 延長(zhǎng)有利于材料致密，維氏硬度的提高。如圖5所示，材料斷裂韌性隨燒結(jié)溫度的升高而 增大，1400°C時(shí)達(dá)到7. 97MPa/m1/2,比純Al2O3陶瓷斷裂韌性提高了 128%，說明Fe3Al增韌 Al2O3陶瓷效果明顯。如圖6所示，材料斷裂韌性隨保溫時(shí)間的延長(zhǎng)而增大。在60分鐘時(shí) 達(dá)到8. 30MPa/m1/2，是所有制備的材料中斷裂韌性最大的一組。
下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步展開本發(fā)明的制備方法實(shí)施例1:用機(jī)械合金化方法準(zhǔn)備好Fe3Al粉末，晶粒尺寸為400nm左右；將Al2O3和Fe3Al 粉末在球磨機(jī)中混合，F(xiàn)e3Al加入量為Al2O3和Fe3Al粉末混合物重量10%，混合時(shí)間為8 小時(shí)，將混合均勻后的粉體置于真空熱壓燒結(jié)爐中進(jìn)行熱壓成型燒結(jié)，成型壓力為2. 5t，燒 結(jié)溫度為1250°C，保溫時(shí)間為30分鐘；制備出的Fe3AVAl2O3納米復(fù)相陶瓷的維氏硬度為 6. 42GPa，斷裂韌性為6. ZAMPa/m1氣相對(duì)密度為89. 70%實(shí)施例2:用機(jī)械合金化方法準(zhǔn)備好Fe3Al粉末，晶粒尺寸為400nm左右；將Al2O3和Fe3Al 粉末在球磨機(jī)中混合，F(xiàn)e3Al加入量為Al2O3和Fe3Al粉末混合物重量15%，混合時(shí)間為8 小時(shí)，將混合均勻后的粉體置于真空熱壓燒結(jié)爐中進(jìn)行熱壓成型燒結(jié)，成型壓力為2. 5t，燒 結(jié)溫度為1300°C，保溫時(shí)間為30分鐘；制備出的Fe3AVAl2O3納米復(fù)相陶瓷的維氏硬度為
8.86Gpa，斷裂韌性為7. AAMPa/m1氣相對(duì)密度為91. 50%實(shí)施例3:用機(jī)械合金化方法準(zhǔn)備好Fe3Al粉末，晶粒尺寸為400nm左右；將Al2O3和Fe3Al 粉末在球磨機(jī)中混合，F(xiàn)e3Al加入量為Al2O3和Fe3Al粉末混合物重量20%，混合時(shí)間為8 小時(shí)，將混合均勻后的粉體置于真空熱壓燒結(jié)爐中進(jìn)行熱壓成型燒結(jié)，成型壓力為2. 5t，燒 結(jié)溫度為1400°C，保溫時(shí)間為60分鐘；制備出的Fe3AVAl2O3納米復(fù)相陶瓷的維氏硬度為
9.75Gpa，斷裂韌性為8. SOMPa/m1氣相對(duì)密度為93. 29%。
權(quán)利要求
一種Fe3Al/Al2O3納米復(fù)相陶瓷的制備方法，其步驟為首先準(zhǔn)備好Fe3Al粉末，用球磨機(jī)混合Al2O3和Fe3Al粉末，混合時(shí)間為8小時(shí)，F(xiàn)e3Al加入量為Al2O3和Fe3Al粉末混合物重量的5～20％，將混合均勻后的粉體置于真空熱壓燒結(jié)爐中進(jìn)行熱壓成型燒結(jié)，成型壓力2.5t、燒結(jié)溫度為1250℃～1400℃，燒結(jié)時(shí)間為15～60分鐘。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Fe3AVAl2O3納米復(fù)相陶瓷的制備方法，其特征在于制備的 Fe3AVAl2O3納米復(fù)相陶瓷的維氏硬度為6. 42 9. 75GPa斷裂韌性為6. 24 8. 30MPa/m1/2, 相對(duì)密度為89. 70 93. 29%。
全文摘要
一種Fe3Al/Al2O3納米復(fù)相陶瓷的制備方法，其目的是在降低陶瓷脆性的同時(shí)提高材料的斷裂韌性，其步驟為首先準(zhǔn)備好Fe3Al粉末，用球磨機(jī)混合Al2O3和Fe3Al粉末，混合時(shí)間為8小時(shí)，F(xiàn)e3Al加入量為Al2O3和Fe3Al粉末混合物重量的5～20％，將混合均勻后的粉體置于真空熱壓燒結(jié)爐中進(jìn)行熱壓成型燒結(jié)，成型壓力2.5t、燒結(jié)溫度為1250℃～1400℃，燒結(jié)時(shí)間為15～60分鐘。
文檔編號(hào)C22C29/12GK101818271SQ20091011756
公開日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2009年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月2日
發(fā)明者劉雪梅, 盧學(xué)峰, 喇培清, 張秀萍 申請(qǐng)人:蘭州理工大學(xué)