[发明专利]一种Al2O3/Ti2AlC陶瓷复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属复合材料制造领域，特别涉及一种Al₂O₃/Ti₂AlC陶瓷复合材料及其制备方法。

背景技术

新型层状陶瓷材料Ti₂AlC以其优异性能吸引了国内外众多学者探索该材料。它们既具有金属的性能，如在常温下具有很好的导热性和导电性、较低的维氏硬度、较高的弹性模量和剪切模量、可进行机械加工，在较高温度下具有塑性；又具有陶瓷的性能，如高熔点、高热稳定性和良好的抗氧化性能。但该材料高温强度比较低而限制了其进一步应用，Al₂O₃/Ti₂AlC复合材料综合氧化铝陶瓷和Ti₂AlC两者的优点，具有更广泛的应用前景。

目前，这种材料主要以Al₂O₃和Ti₂AlC两种粉体混合进行烧结，或者以Al、C、TiO₂为原料在高温下通过还原反应生成Al₂O₃/Ti₂AlC复合材料，但不管那种工艺，都存在反应温度高，含有其它杂质相等缺点，无法大规模产业化生产。因此，如何采取有效的途径，合成高纯Al₂O₃/Ti₂AlC复合材料是今后的研究重点。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种Al₂O₃/Ti₂AlC陶瓷复合材料及其制备方法，通过高能球磨与烧结工艺，在低温下制备出Al₂O₃/Ti₂AlC复合材料；该材料纯度较高，杂质含量低，且该方法工艺简单，成本低，易于产业化。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种Al₂O₃/Ti₂AlC陶瓷复合材料，其原料重量组成成分为：200-325目的Ti粉占总重量的0-68.28％、100-200目的Al粉占20.67-36.55％、小于325目的C粉占4.44-8.74％、小于325目的TiO₂粉占2.31-59.02％和硬脂酸钠分散剂占0.5-1％。

以上原料组分按以下反应方程式进行设计：

(2x-3)Ti+(4+x)Al+xC+3TiO₂→xTi₂AlC+2Al₂O₃(1)

通过改变x值就可以合成出不同Al₂O₃含量的Ti₂AlC复合材料，x＝1.5-73.5。如果x大于73.5，则生成的复合材料中Al₂O₃生成量小于产物质量的2％而起不到增强、增韧Ti₂AlC基体的作用。

一种Al₂O₃/Ti₂AlC陶瓷复合材料制备方法，步骤如下：

一、将占总重量0-68.28％的200-325目的Ti粉、20.67-36.55％的100-200目的Al粉、4.44-8.74％的1200目的C粉、2.31-59.02％的小于325目的TiO₂粉充分混合；

二、在上述混合物中加入总质量0.5-1％的硬脂酸钠分散剂，采用高能球磨机球磨，球磨机的转速为700-800转每分钟，料球质量比为1∶10，球磨12-24小时，形成主晶相为Al₂O₃、TiAlO、TiC的复合球磨粉体；

三、将步骤二中得到的球磨粉体在70-80℃下真空干燥4-5小时；

四、将干燥后的粉体装入石墨磨具中，在氩气或真空条件下以1050℃-1150℃，10-35MPa的压力热压烧结1-2小时即可得到Al₂O₃/Ti₂AlC陶瓷复合材料。