[发明专利]一种氧化铝纤维增强硅酸锆陶瓷基复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种氧化铝纤维增强硅酸锆陶瓷基复合材料及其制备方法，属于陶瓷生产技术领域。

背景技术

 凝胶注模成型工艺的基本原理是在低粘度、高固相体积分数的陶瓷浆料中加入低粘度的有机单体和交联剂，当引入引发剂并注模后，浆料中的有机单体和交联剂在一定的条件下发生原位聚合反应，形成坚固的交链网状结构，使浆料立即原位凝固，从而使陶瓷坯体原位成型，然后进行脱模、干燥、去除有机物、烧结，即可得到所需陶瓷部件。陶瓷成型的工艺有凝胶注模、注浆成型、压制成型、注射成型和热压铸成型等方法，但是在成型时间上来说凝胶注模和注射成型的时间短，脱模后的强度凝胶注模是最高的，并且它的适用范围广，成型缺陷少，干坯强度高的优点，与传统的干法成型技术相比，降低了大气孔的数量，改善气孔的分布，提高坯体的均匀性，从而有利于烧结的致密化和强度的提高。

硅酸锆因其具有高熔点、低热导率、低膨胀系数、优良的化学及相稳定性等特点,广泛用于耐火材料和锆基材料，硅酸锆的烧结较困难,在高温下靠固相扩散作用,其速度非常缓慢,常需加入某些氧化物促进其烧结，并且用常规方法制备的硅酸锆陶瓷脆性大，易断裂，不能满足人们日益见长的功能需求。本发明采用纤维作为增强相提高陶瓷的断裂韧性，采用凝胶注模工艺改善烧结性能，并且尺寸差距小，可控性好，可实现大规模生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种氧化铝纤维增强硅酸锆陶瓷基复合材料及其制备方法。

为了实现本发明的目的，本发明通过以下方案实施：

一种氧化铝纤维增强硅酸锆陶瓷基复合材料及其制备方法，由下列重量份的原料制成：硅酸锆60-80、磷酸二氢铝2-3、改性氧化铝纤维10-15、三氧化二铍6-8、硼粉5-6、过氧化二苯甲酰0.02-0.03、甲基丙烯酸羟丙酯3-5、过氧化双2，4一二氯苯甲酰0.2-0.4、羧甲基纤维素钠1-2、乙醇20-30、去离子水40-60；

所述改性氧化铝纤维的制备方法是：将氧化铝纤维在丙酮中浸泡1-2小时，取出后用蒸馏水冲洗2-3次，烘干备用；将10-15重量份的钛酸四丁酯和150-180重量份的乙醇混合加到带有磁力搅拌器的烧瓶中，将2-3重量份的去离子水、0.2-0.4重量份的盐酸和2-5重量份的乙醇充分混合，缓慢滴加到烧瓶中，再加入2-4重量份的氧化钼粉末，搅拌30-40分钟，将备用的氧化铝纤维加到凝胶中在真空度为0.09-0.1MPa下浸渍1-2小时，取出后于70-80°C下烘干，如此反复操作2-3次，最后在高纯氩气的保护下于500-600°C下高温反应1-2小时即可。

本发明所述一种氧化铝纤维增强硅酸锆陶瓷基复合材料及其制备方法，由以下具体步骤制成：

（1）将硅酸锆、三氧化二铍加到球磨机中，以氧化铝求作为球磨介质，料球比为1:2，再将甲基丙烯酸羟丙酯、过氧化二苯甲酰加到乙醇和去离子水的混合溶液中，溶解后加入磷酸二氢铝、羧甲基纤维素钠和改性氧化铝纤维搅拌均匀后加到球磨机中，球磨20-40分钟；

（2）将球磨得到的浆料抽真空，抽2-5分钟后向浆料中加入过氧化双2，4一二氯苯甲酰继续搅拌均匀，再将浆料注入到叠层玻璃模具中后在真空干燥箱内于60-80°C下干燥1-2小时；

（3）将步骤（2）中的湿坯脱模在室温下自然干燥1-2天，然后在95-100°C温度下，湿度在60-70%的条件下干燥1-2天，将剩余的成分装入等离子喷涂送粉装置在坯体表面喷涂均匀；

（4）将步骤（3）的坯体在室温下以3-5°C/min的速率升温至200°C，再以1-2°C/min的速率升温至600°C，恒温保持1-2小时后放置于真空烧结炉中，在1400-1600°C的温度下烧结3-4小时，即可得到。

本发明的优点是：本发明添加的经过抗氧化处理的氧化铝纤维作为陶瓷的增强相具有增强陶瓷韧性、力学性能、耐磨性、硬度和耐高温的特性，添加的三氧化二铍在坯体表面形成致密的氧化膜不与水作用，保证了坯体的干燥，添加的硼粉降低了坯体的粘度和表面张力，提高机械强度和耐久耐磨性，提高了陶瓷的烧结性能等方面的作用。

具体实施方案

下面通过具体实例对本发明进行详细说明。

一种氧化铝纤维增强硅酸锆陶瓷基复合材料及其制备方法，由下列重量份（公斤）的原料制成：硅酸锆74、磷酸二氢铝3、改性氧化铝纤维13、三氧化二铍6、硼粉5、过氧化二苯甲酰0.03、甲基丙烯酸羟丙酯4、过氧化双2，4一二氯苯甲酰0.3、羧甲基纤维素钠2、乙醇30、去离子水60；