[发明专利]一种镍铝金属间化合物/氧化锆陶瓷复合材料及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种复合材料，尤其涉及一种以氧化锆陶瓷为基体，镍铝金属间化合物为增强体的复合材料及其制备方法，属材料学领域。

背景技术：

ZrO₂在氧化物陶瓷中，具有较高德室温强度和韧性，被誉为“陶瓷钢”。然而，氧化锆陶瓷及其复合材料有两个缺点，一是在湿气和中低温环境下的时效作用会导致力学性能逐渐下降，二是高温下相变增韧作用减弱乃至消失从而使强度和韧性随温度提高而急剧下降。氧化钇稳定的四方氧化锆(Y-TZP)具有高强度、高断裂韧性、耐磨性好等一系列优异的力学性能，被视为陶瓷结构材料中的佼佼者。但是，Y-TZP在100～400℃温区长期使用时，会导致其力学性能显著下降，在表面伴有微观和宏观的微裂纹，这就是所谓的Y-TZP中低温老化现象。这一缺陷严重影响了Y-TZP作为工程结构材料的实际应用。为此许多研究者试图通过添加第二相来解决成型及应用问题。金属间化合物相的加入在一定程度上改善ZrO₂陶瓷的综合性能，即使如此，在某些苛刻条件应用仍是现有的材料组成无法满足的。专利号为1398819A的中国专利“铁铝金属间化合物/氧化锆陶瓷复合材料及其制备方法”公开了一种主要成分为Fe₃Al、FeAl、ZrO₂的陶瓷基复合材料，抗弯强度和断裂韧性均有提高，但提高的幅度较小。

发明内容：

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种高强度、高韧性的镍铝金属间化合物/氧化锆陶瓷复合材料及其制备方法。

本发明是通过以下方式实现的：

镍铝金属间化合物/氧化锆陶瓷复合材料，由Ni-Al金属间化合物和氧化锆组成，各组成部分的质量百分比(wt％)为：Ni-Al金属间化合物15-45％，ZrO₂85-55％。

上述镍铝金属间化合物/氧化锆陶瓷复合材料，其特征是Ni-Al金属间化合物中各组分原子百分比是：镍65-84％、铝35-16％。

上述镍铝金属间化合物/氧化锆陶瓷复合材料的制备方法，其特征包括以下步骤：

1)将镍粉和铝粉按原子百分比镍65-84％、铝35-16％配料，球磨40-50小时，进行机械合金化，形成主晶相为Ni₃Al和NiAl的混合物；

2)将主晶相为Ni₃Al和NiAl的混合物与ZrO₂细粉按Ni-Al金属间化合物15-45％，ZrO₂85-55％配料后，机械球磨，球磨后的粉料通过200目筛，制得混合粉体；

3)把粉体材料装入石墨模具中，在真空中或用氮气作保护气体，热压烧结，烧结温度范围为：1300-1500℃，压力为25-40MPa。烧结时间1小时，保温保压20-30分钟。

上述镍铝金属间化合物/氧化锆陶瓷复合材料的另一种制备方法，其特征包括以下步骤：

1)将金属镍粉、铝粉按原子百分比镍镍65-84％、铝35-16％配料，然后与ZrO₂粉体按Ni-Al金属间化合物15-45％，ZrO₂85-55％准确配料，机械球磨40-50小时，球磨后的粉料通过200目筛，制得混合粉体；

2)将粉体装入石墨模具中，用真空或氮气作保护气体，热压烧结，烧成温度：1300～1500℃，压力为25～40MPa。

利用本发明制备镍铝金属间化合物/氧化锆陶瓷复合材料，可以对增强相和制备方法进行优化选择，改善氧化锆陶瓷的综合性能，硬度可以提高30％，抗弯强度可以提高50％。

具体实施方式：

实施例1：

首先将镍粉6.45千克、铝粉8.55千克于球磨机中球磨50小时，然后加入ZrO₂粉85千克，60转/小时机械混合2小时，经真空干燥后用200目筛筛选，在1400℃的温度，30MPa下热压烧结；所制得复合材料得硬度为70(HRC)，抗弯强度为880MPa。

实施例2：

将镍粉12.9千克、铝粉17.1千克于球磨机中球磨40小时，然后加入ZrO₂粉70千克，60转/小时机械混合4小时，经真空干燥后用200目筛筛选。在1500℃的温度，30MPa下热压烧结；所制得复合材料得硬度为75(HRC)，抗弯强度为900MPa。

实施例3：

将镍粉6.45千克、铝粉8.55千克和ZrO₂粉85千克同时加入球磨机中球磨50小时，经真空干燥后用200目筛筛选，在1450℃的温度30MPa下热压烧结。所制得复合材料得硬度为80(HRC)，抗弯强度为950MPa。