[发明专利]一种防裂陶瓷基复合材料及其粉末冶金制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料领域，尤其涉及一种防裂陶瓷基复合材料及其粉末冶金制备方法。

背景技术

陶瓷基复合材料是以陶瓷材料为基体，以陶瓷纤维、晶须、晶片或颗粒为补强体，通过适当的复合工艺制备且性能可设计的一类新型材料，又称为多相复合陶瓷或复相陶瓷，包括纤维增韧陶瓷基复合材料、异相颗粒弥散强化复相陶瓷、原位生长陶瓷复合材料、梯度功能复合陶瓷及纳米陶瓷复合材料。该类材料是上世纪80年代逐渐发展起来的，可通过补强体的加入改善其本征脆性，以避免突发性破坏。

陶瓷基复合材料在高技术领域、航空航天、国防以及国民经济各部门具有广阔的应用前景，是先进材料在有机材料基和金属材料基复合材料不能满足性能要求的工况下可以得到广泛应用，成为理想的高温结构材料，主要用作机械加工材料、耐磨材料、高温发动机燃烧室及连接杆、航天器保护材料、高温热交换器材料、高温耐腐蚀材料、轻型装甲材料、分离或过滤器材料、承载/透波/隔热材料等。

特种陶瓷具有优秀的力学性能、耐磨性好、硬度高及耐腐蚀性好等特点，但其脆性大，耐热震性能差，而且陶瓷材料对裂纹、气孔和夹杂等细微的缺陷很敏感。陶瓷基复合材料使材料的韧性大大改善，同时其强度、模量有了提高。但是现有技术中制备获得的陶瓷基复合材料因存在气孔导致其在使用过程中有裂纹产生，因而影响了其使用寿命。

发明内容

本发明解决的技术问题：为了获得一种防裂，且使用寿命长的陶瓷基复合材料，本发明提供了一种防裂陶瓷基复合材料及其粉末冶金制备方法。

技术方案：

一种防裂陶瓷基复合材料，由以下组分按重量份数配比组成：碳化硅16～40份、氮化硅18～38份、二氧化钛13～35份、氧化铝7～19份、镍粉14～28份、竹炭5～17份、碳酸氢钠8～12份、无水乙醇13～26份、去离子水30～45份。

优选的，所述防裂陶瓷基复合材料由以下组分按重量份数配比组成：碳化硅32份、氮化硅30份、二氧化钛28份、氧化铝16份、镍粉23份、竹炭14份、碳酸氢钠10份、无水乙醇21份、去离子水42份。

一种防裂陶瓷基复合材料的粉末冶金制备方法，包含以下步骤：

(1)将碳酸氢钠溶于去离子水中，制备获得碳酸氢钠溶液；

(2)将碳化硅、氮化硅、二氧化钛、氧化铝、镍粉和竹炭同时加入球磨机中，研磨1～4小时，粉末粒径为200～500目，获得粉末混合物；

(3)将步骤(2)获得的粉末混合物加入步骤(1)的碳酸氢钠溶液中，在8～15℃条件下，搅拌反应15～40分钟，过滤去除滤液，获得滤渣；

(4)用去离子水清洗步骤(3)获得的滤渣，滤渣与去离子水的质量比为1:1～1.4，清洗两次；

(5)向经步骤(4)清洗后的滤渣中加入无水乙醇，搅拌反应15～30分钟，吸水两次；过滤去除无水乙醇后，将滤渣置于22～45℃条件下烘干；

(6)将烘干后的滤渣置于混料装置内，利用压力为2.8～4.7MPa的高压气体将上述粉末吹起，6～11分钟后停止通入高压气体，各粉末共同沉积并均匀混合；

(7)将上述均匀混合后的粉末置于电炉中，在氦气的保护氛围中采用3阶段升温的方式进行烧结，3阶段的温度分别为1320℃、1460℃、1630℃，每阶段烧结时间为2～5小时，烧结完成后等静压成型，即可获得防裂陶瓷基复合材料。

优选的，步骤(2)中将碳化硅、氮化硅、二氧化钛、氧化铝、镍粉和竹炭同时加入球磨机中，研磨2.5小时，粉末粒径为350目，获得粉末混合物。

优选的，步骤(3)中将步骤(2)获得的粉末混合物加入步骤(1)的碳酸氢钠溶液中，在12℃条件下，搅拌反应34分钟，过滤去除滤液，获得滤渣。

优选的，步骤(4)中用去离子水清洗步骤(3)获得的滤渣，滤渣与去离子水的质量比为1:1.3，清洗两次。

优选的，步骤(5)中向经步骤(4)清洗后的滤渣中加入无水乙醇，搅拌反应24分钟，吸水两次；过滤去除无水乙醇后，将滤渣置于42℃条件下烘干。

优选的，步骤(6)中将烘干后的滤渣置于混料装置内，利用压力为4.1MPa的高压气体将上述粉末吹起，8分钟后停止通入高压气体，各粉末共同沉积并均匀混合。

优选的，步骤(7)中将上述均匀混合后的粉末置于电炉中，在氦气的保护氛围中采用3阶段升温的方式进行烧结，3阶段的温度分别为1320℃、1460℃、1630℃，每阶段烧结时间为3.5小时，烧结完成后等静压成型，即可获得防裂陶瓷基复合材料。

有益效果