[发明专利]一种制备氧化铝基共晶陶瓷的方法

说明书

技术领域

本发明涉及高性能材料激光快速成形制备领域，具体是一种利用激光快速成形表面气氛加热炉装置实现高熔点、高致密度、低热应力共晶陶瓷材料的制备技术。

背景技术

氧化物共晶自生陶瓷具有优异的高温强度、热稳定性、抗蠕变特性及高温抗氧化性，是近年来发展的有望在1650℃以上恶劣环境下长期使用的超高温结构材料。然而，迄今为止氧化物陶瓷材料的主要制备技术仍是粉末烧结法。由于粉末烧结陶瓷材料均为多晶组织，通常无法得到单晶组成相，陶瓷颗粒、基体和其他组成相(如增强相或增韧相)以及各组成相之间均存在着大量的弱连接界面，显微组织的均匀性和稳定性以及材料的孔隙率均难以消除，导致陶瓷材料高温力学性能锐减，极大的限制了陶瓷材料在超高温条件下的应用。利用激光快速成型这种新型成型技术可获得性能较好的氧化物共晶陶瓷，但该方法在激光快速成型的过程中产生巨大的热应力，导致试样容易开裂，共晶陶瓷属于脆性材料，更易开裂，因此激光悬浮区熔成型共晶陶瓷是比较困难的，仅限于制备较小尺寸的样品。

辽宁工程技术大学李刚等人在专利号为CN201010267573.2的专利中提出了一种激光燃烧合成原位自生陶瓷颗粒增强铁铝基复合材料的方法，属于材料技术领域，按以下步骤进行：将钨矿石粉、铁粉、铝粉和碳粉置于球磨机中球磨获得混合粉料；将混合粉料压制成压坯，采用CO₂激光加工机发射高能激光束点燃压坯表面，引发压坯自蔓延烧结，生成原位自生陶瓷颗粒增强铁铝基复合材料。激光输出功率为550～650W，激光点燃时间为10～25s。本发明的方法在一种基体上同时生成两种陶瓷颗粒增强相，缩短了复合材料的制备工艺流程、降低了材料制备成本，但并不能实现激光陶瓷的制备。

激光具有非常高的能量密度，能够快速熔化非常高熔点的材料，用于定向凝固时固液界面温度梯度可达10³～10⁴K/cm数量级，远高于常规技术的10¹～10²K/cm数量级。激光快速成形技术是一种利用高能激光束对金属或非金属材料进行激光表面熔化与无界面快速热传导自淬火激冷快速定向凝固，不仅可以直接获得具有快速凝固组织特征和特殊物理化学及力学性能的表层材料外，而且可以实现高性能复杂结构零件的无模具、快速、全致密近净成形，具有熔炼温度高、温度梯度高、凝固速率控制精度高、材料和环境适应性广泛、无污染等特点，已受到国内外众多学者的高度重视。在公开号为CN1737197A的专利申请中，上海交通大学提出了一种激光材料加工技术领域的激光熔覆成形金属零件的裂纹控制办法，该方法在激光熔覆成形时，在工件基体下方引入超声振动，通过超声振动改善熔覆成形组织，减小残余拉应力，减少和消除裂纹。然而，该发明仅可适用于金属零件的激光熔覆成形及修复。因此，急需发展新的可制备高熔点、高致密度、低热应力共晶陶瓷材料的制备技术。

发明内容

为克服现有技术中存在的或者不能实现激光制备陶瓷，或者仅适用于金属零件的激光熔覆成形及修复的不足，本发明提出了一种制备氧化铝基共晶陶瓷的方法。

本发明包括以下步骤：

步骤1，烧结预制体的制备；

步骤2，表面气氛加热炉加热烧结预制体；将得到的部分烧结预制体并排紧密铺放在表面气氛加热炉的加热板上；向表面气氛加热炉内通入保护气体N₂气；N₂气流量100～150ml/min；对加热板加热，进而通过加热板对烧结预制体加热至1200℃；加热中，600℃以下以导通比为20％的速度加热，600℃以上以导通比为40％的速度加热；加热中持续保温，使试样温度与加热板温度一致；加热中持续通入N₂气；得到加热后的共晶陶瓷基底；