[发明专利]等原子比TiNi形状记忆合金颗粒增韧的氧化铝陶瓷及其制备

说明书

技术领域

本发明涉及一种氧化铝陶瓷及其制备方法，尤其涉及一种等原子比TiNi形状记忆合金颗粒增韧的氧化铝陶瓷及其制备方法。

背景技术

TiNi合金是Ti和Ni元素等原子比的金属间化合物，具有形状记忆效应、耐蚀性能和超弹性能。TiNi合金在温度或载荷的一定范围内变化时会产生热弹性马氏体相变，通过相变，此类材料可以记忆变形前的形状，并且可以恢复高达10％的形变(金属间化合物，如不锈钢通常只能恢复不到1％的形变)。通过改变温度或移去加载的压力，TiNi合金可恢复成原始的状态。近几年，由于TiNi合金具有超弹性能和较好的生物相容性而作为植入材料，主要应用在生物医学上。考虑到TiNi合金具有优异的形状记忆功能，其晶格内的相变将带来类似氧化锆相变时带来的体积变化，体积变化将改变应力状态和其他性质。因此，应用这一新的陶瓷增韧方法制备可实用化新材料并研究其强韧化机制将具有重要的科学意义和实用价值。

发明内容

针对现有技术，本发明的目的在于提供一种成本低廉，制备工艺简单，化学组成稳定，产品性能优异的等原子比TiNi形状记忆合金颗粒增韧的氧化铝陶瓷及其制备方法。

本发明所述等原子比的TiNi形状记忆合金颗粒增韧的氧化铝陶瓷，其特征在于，所述氧化铝陶瓷由如下步骤制得：

A.机械合金化法制备等原子比的TiNi形状记忆合金颗粒；

B.按TiNi形状记忆合金颗粒∶氧化铝∶氧化铝球磨球质量比为2.5～15∶33～37∶245的比例分别称取TiNi形状记忆合金颗粒、氧化铝和氧化铝球磨球；

C.将步骤B中称好的材料装入行星式球磨罐中，室温下300±10r/min球磨7±1小时；

D.将步骤C球磨后的混合粉料置于设定石墨模具中，并将石墨模具放置于多功能烧结炉中，以10±1℃/min升温至1100～1400℃，并加压至25±1Mpa进行烧结；

E.将步骤D中的石墨模具在多功能烧结炉中保温1小时±10分钟后停止加热，然后使石墨模具在多功能烧结炉中自然冷却至室温；

F.对步骤E中烧结好的陶瓷块进行磨削、切割处理，得到等原子比的TiNi形状记忆合金颗粒增韧的氧化铝陶瓷成品。

其中：步骤A所述机械合金化法制备等原子比的TiNi形状记忆合金颗粒的工艺参数为：球磨罐充氩气室温下300±10r/min球磨15小时，球料比为6∶1。

其中：步骤B所述TiNi形状记忆合金颗粒∶氧化铝∶氧化铝球磨球质量比中，由TiNi形状记忆合金颗粒、氧化铝组成的混合粉料与氧化铝球磨球的质量比始终为1∶6。

其中：步骤D所述烧结温度优选1250～1300℃，压力优选25Mpa；所述石墨模具和多功能烧结炉均是现有设备，例如日本富士电波公司生产的FVPHP-R-5，规格FRET-20。

本发明把形状记忆合金制成颗粒状嵌入(均匀分散于)陶瓷基体中，利用类似氧化锆的体积相变强化陶瓷材料，提高材料在特定温区的性能。等原子比的TiNi形状记忆合金颗粒增韧氧化铝陶瓷的机理主要有两个方面：第一是分散于氧化铝陶瓷基体内的TiNi形状记忆合金颗粒处于奥氏体状态，将复合材料冷却到M_f(马氏体相变完成的温度)以下，会产生奥氏体向低温马氏体相的转变的过程，造成相变部分体积膨胀，使材料内部的裂纹前沿出现压应力区域，内部的损伤裂纹自动闭合，增加复合材料的韧性；第二是分散于氧化铝陶瓷基体内的TiNi形状记忆合金颗粒在室温时以奥氏体的形态存在，当对复合材料施加应力时，奥氏体发生相变，形成马氏体，相变过程中，外加应力所做的功将转变为储存于马氏体相内的能量V(V＝V₁+V₂)；当去除应力后，应变因应力诱发马氏体逆变为母相而回复，这一马氏体逆相变过程会释放前面相变过程所吸收的部分能量V₁，这样剩余的能量V₂就被储存下来，增加复合材料的韧性。

本发明有益效果是：使用的设备简单而且安全性好，成本较低，制备工艺稳定，操作处理简单，生产效率高，产品性能好，TiNi形状记忆合金颗粒增韧的氧化铝陶瓷的断裂韧性达到7.23Mpa·m^1/2，比纯氧化铝陶瓷提高51％。

具体实施方式

实施例1：机械合金化法制备等原子比的TiNi形状记忆合金颗粒。