[发明专利]一种铌钛铝碳固溶体陶瓷材料及其制备方法有效

专利信息
申请号: 201410319052.5 申请日: 2014-07-04
公开(公告)号: CN104086178A 公开(公告)日: 2014-10-08
发明(设计)人: 杨建;顾坚;潘丽梅;丘泰 申请(专利权)人: 南京工业大学
主分类号: C04B35/56 分类号: C04B35/56;C04B35/65
代理公司: 南京天华专利代理有限责任公司 32218 代理人: 徐冬涛;袁正英
地址: 211816 江*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 一种 铌钛铝碳 固溶体 陶瓷材料 及其 制备 方法
【说明书】:

技术领域:

发明涉及陶瓷材料领域,尤其涉及一种致密的铌钛铝碳(Nb1-xTix)4AlC3固溶体陶瓷材料及其原位制备方法。

背景技术:

铌铝碳(Nb4AlC3)陶瓷是一种新型的三元层状陶瓷材料,其结合了陶瓷和金属的优点,具有高的电导率和热导率、优良的损伤容限,有延展性和高温塑性,可机械加工,同时又具有较低的密度、高的熔点和弹性模量、低的摩擦系数和良好的自润滑性能,且在三元层状陶瓷家族中具有较高的韧性。更为重要的是铌铝碳陶瓷具有极其优异的高温力学性能,因而在高温结构材料方面具有广阔的应用前景。但是铌铝碳陶瓷自身的室温强度和硬度还不够理想,且抗氧化性能较差,这限制了其作为结构材料的应用。固溶改性是提高三元层状陶瓷材料力学性能和综合性能的有效手段。Salama等通过原位反应热压烧结制备了(Nb,Ti)2AlC固溶体陶瓷,钛的加入使得材料的抗氧化性能有所改善,但力学性能下降。

发明内容:

本发明的目的在于提供一种致密的铌钛铝碳固溶体陶瓷材料,本发明的另一目的是提供上述铌钛铝碳固溶体陶瓷材料的制备方法。

本发明的技术方案:通过钛固溶置换铌铝碳(Nb4AlC3)中的部分铌来改善铌铝碳陶瓷材料的力学性能和抗氧化性能。以铌粉、氢化钛粉、铝粉和石墨粉为原料,采用原位热压烧结制备方法,固溶和材料的致密化一步完成。

本发明的具体技术方案为:一种铌钛铝碳固溶体陶瓷材料,其特征在于:铌钛铝碳固溶体陶瓷材料的化学式为(Nb1-xTix)4AlC3,Ti取代Nb的原子摩尔取代量x的范围为0<x≤0.3;优选Ti取代Nb的原子摩尔取代量x的范围为0.05≤x≤0.3。

本发明还提供了上述铌钛铝碳固溶体陶瓷材料的制备方法,其具体步骤为:按铌钛铝碳固溶体陶瓷材料的化学式为(Nb1-xTix)4AlC3(0<x≤0.3)称取原料铌粉、氢化钛粉、铝粉和石墨粉,原料经物理机械方法混合,装入表面涂有BN的石墨模具中冷压成型,在通有保护气氛的真空热压炉中热压烧结。

优选上述的铌粉粒度为325目筛余;氢化钛粉粒度为300目筛余;铝粉粒度为200目筛余;石墨粉粒度为1200目筛余。

优选上述的物理机械方法混合为滚磨。优选所述的冷压成型压力为1~3MPa。优选烧结过程中的保护气氛为氩气。

优选真空热压炉中热压烧结的工艺为:升温速率为15~25℃/min;烧结温度为1680~1720℃,烧结保温时间为1-2小时;烧结压强为25~30MPa。

有益效果:

(1)以铌粉、氢化钛粉、铝粉和石墨粉为原料,采用原位热压烧结技术,一步制得铌钛铝碳固溶体陶瓷材料,工艺简单,成本低。

(2)采用本发明方法制备的钛铌铝碳(Nb1-xTix)4AlC3固溶体陶瓷材料中钛的固溶度x可在0~0.3之间可调,材料中物相纯净,仅含铌钛铝碳固溶体一相,无NbC、TiC等杂相。

(3)采用本发明方法制备的铌钛铝碳陶瓷材料结构致密、晶界干净,材料力学性能优异,抗弯强度、断裂韧性和维氏硬度相比于铌铝碳陶瓷显著提高。

(4)铌钛铝碳固溶体陶瓷材料在1000~1200℃空气中的氧化遵循抛物线规律,与铌铝碳陶瓷相比抗氧化性显著提高。

附图说明:

图1是实施例1制备的(Nb1-xTix)4AlC3(x=0.2)固溶体陶瓷材料的XRD图谱;

图2是实施例1制备的(Nb1-xTix)4AlC3(x=0.2)固溶体陶瓷材料的表面SEM照片;

图3是实施例1制备的(Nb1-xTix)4AlC3(x=0.2)固溶体陶瓷材料的断口SEM照片。

具体实施方式:

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