[发明专利]一种Cr2AlC/Al2O3复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料制造技术领域，特别涉及一种Cr₂AlC/Al₂O₃复合材料及其制备方法。

背景技术

新型层状陶瓷材料Cr₂AlC以其优异性能受到了材料科学工作者的广泛重视。首先，Cr₂AlC具有陶瓷的性能，如高熔点、良好的热稳定性和高温抗氧化性能；同时，该材料又具有金属的性能，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、可进行传统的机械加工，在较高温度下具有塑性。但该材料存在合成温度高、产物晶粒粗大的问题。并且，其硬度低和强度相对较低的缺点也限制了其进一步应用。

近年来，人们尝试各种方法来改善Cr₂AlC材料的性能，取得了一些效果。如文献报道(Journal ofAlloys and Compounds 484(2009)130–133)利用V元素对Cr₂AlC进行固溶改性，使其硬度得到了一定的提高，但该方法中，钒单质昂贵，成本较高，不利于其产业化生产；还有文献(Materials Science and EngineeringA 527(2010)5997–6001)合成Cr₂Al(Si)C固溶体，其力学性能较Cr₂AlC有提高,但合成温度高(1450℃)，产物的平均晶粒粗大的问题仍没有解决；另外，文献(Journal ofthe European Ceramic Society 31(2011)217–224)报道了一种机械活化辅助热压烧结合成Cr₂AlC的方法，即先对Cr-Al-C原料进行高能球磨预处理，再对出磨粉体在1100℃进行低温热压烧结。通过此方法合成的Cr₂AlC块体的具有很小的平均晶粒尺寸(2μm)，且其硬度较粗晶Cr₂AlC有了大幅提高。但是，高能球磨工艺耗时多、耗能大，难以实现大规模工业化生产。因此，如何采取有效的途径，对Cr₂AlC材料进行强韧化是今后的研究重点。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种Cr₂AlC/Al₂O₃复合材料及其制备方法，利用Cr₃C₂-Al-Cr-Cr₂O₃体系为原料，通过原位铝热反应工艺制备Al₂O₃强化的Cr₂AlC复合材料，能够降低晶粒尺寸，具有成本低、合成温度低的特点。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种Cr₂AlC/Al₂O₃复合材料及其制备方法，采用Cr₃C₂粉、Cr粉、Al粉以及金属氧化物Cr₂O₃按以下反应式进行反应：

1/2Cr₃C₂+(1+2x)Al+(1/2-2x)Cr+xCr₂O₃→Cr₂AlC+xAl₂O₃(1)

其中，0.0738≤x≤0.2474。

一种Cr₂AlC/Al₂O₃复合材料及其制备方法，步骤如下：

步骤1：首先将纯度大于99％、细度小于200目的Cr₃C₂粉、Cr粉、Al粉以及金属氧化物Cr₂O₃按以下配比称量，Cr₃C₂粉占总重量的53.51-59.80％，Al粉占总重量的20.58-23.98％，Cr粉占总重量的0.15-12.17％和Cr₂O₃粉占总重量的7.45-22.36％；

步骤2：将步骤1所得的配料放入氧化铝球磨罐中，在球磨机中进行混合球磨，以无水乙醇为球磨介质，料：球：乙醇的质量比为1：(4-5)：1，球磨机的转速为600-800转/分钟，球磨时间1-2小时；