[发明专利]一种高韧性氧化铝基复合陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

 本发明涉及一种氧化铝基复合陶瓷，尤其涉及一种高韧性氧化铝基复合陶瓷及其制备方法。

背景技术

A1₂O₃陶瓷是结构陶瓷中用途最为广泛的一种，素有“陶瓷王”之称。它的熔点高、弹性模量高、硬度高、化学稳定性好，具有耐热、耐腐蚀、耐磨损、密度小、质量轻、价格便宜等特点，不仅作为电子工业中电路衬底材料、发动机零部件材料中广泛应用，而且作为耐高温、抗腐蚀、耐磨损的机械零部件材料取代金属和合金也取得显著效果。然而这种材料的断裂韧性非常低，通常只有3MPa·m^1/2，影响了陶瓷零部件的工作可靠性和使用安全性，因此提高A1₂O₃陶瓷的韧性已经成为该材料研究领域的核心问题。针对A1₂O₃陶瓷材料的特性，材料科学工作者一直在努力寻找有效、简洁的增韧方法，如在A1₂O₃陶瓷基体中添加第二相增强体(纤维、晶须和颗粒等)能显著提高材料的韧性，但仍存在制备工艺复杂、成本高、增强体难以均匀分散以及晶须有害人体健康等一系列弊端。

LaNbO₄是一种在上世纪七十年代发现的具有铁弹性的材料，密度、弹性模量较低，室温下为单斜结构。在常温下晶内有大量的畴结构存在，整个晶粒即由平行交替层迭的厚度均匀的畴片组成，在外力作用下这些内部的畴结构发生切换，产生一定宏观应变，外力去除后畴结构逆向切换回复，相应的应变减少或消失。LaNbO₄的这种应力激发下产生的畴结构切换特性与应力激发相变增韧类似，对结构陶瓷不仅有增韧作用，而且具有一定的形状记忆效应。近年来国内外已开始出现用LaNbO₄第二相增韧A1₂O₃陶瓷的研究，获得较好的增韧效果。但仍需合成LaNbO₄之后再与A1₂O₃混合、成型，最后采用热压烧结或常规烧结，不仅制备工艺复杂，而且烧结温度高(1700℃以上)、烧结时间长(3h以上)、能耗高，不利于节能减排。

微波加热是近年来发展迅速的一种材料制备手段，具有加热均匀、加热速度快、加热效率高、烧结时间短、安全无污染等优点，比传统方法省电30%～70%，可大大降低生产成本。微波烧结与常规烧结相比具有，可降低烧结温度、细化材料晶粒和提高材料性能，被誉为向传统陶瓷烧结方法挑战的“新一代陶瓷烧结技术”，具有广阔的应用前景。因此，开发原位反应增韧A1₂O₃基复合陶瓷、简化制备工艺、降低烧结温度、缩短烧结时间对于提高A1₂O₃基复合陶瓷的韧性、拓展其应用范围、节约能源、降低生产成本显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术缺陷，提供一种高韧性氧化铝基复合陶瓷，并供这种高韧性氧化铝基复合陶瓷的工艺简单、节能省时、安全无污染的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种高韧性氧化铝基复合陶瓷，其特征在于是以La₂O₃、Nb₂O₅、Al₂O₃为组分的物质，且其组成表达式为：xLa₂O₃-yNb₂O₅-zAl₂O₃，其中x+y+z=100wt.%，各组分的重量百分比含量分别为：

氧化镧(La₂O₃)                            4.0wt.%≤x≤29.0wt.%

氧化铌(Nb₂O₅)                           2.5wt.%≤y≤21.5wt.%

氧化铝(Al₂O₃)                           52.0wt.%≤z≤93.0wt.%

本发明所述的高韧性氧化铝基复合陶瓷的制备方法包括下述步骤：