[发明专利]热压烧结氧化铝基共晶复合陶瓷材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及超高温结构陶瓷领域，具体是通过热压烧结内部具有共晶结构的共晶粉末来制备大尺寸块体氧化铝基共晶复合陶瓷材料。

背景技术

氧化铝基复合陶瓷以其优异的高温力学性能、天然的抗氧化能力及较低的密度，有望作为超高温结构材料在高温氧化性环境中使用，因而在航空和地面燃气轮机高温耐热部件领域具有广阔的应用潜力。截止目前，氧化铝基复合陶瓷主要的制备方法是粉末烧结法，但其制备的材料一般呈多晶结构，材料内部存在晶界、气孔以及界面非晶相，导致材料组织在高温水氧环境下的均匀性和稳定性变差，从而使强度迅速下降，极大的限制了其作为超高温结构材料使用。文献(Oelgardt C,Anderson J,Heinrich J G,et al.Sintering,Microstructure and Mechanical Properties of Al₂O₃/Y₂O₃/ZrO₂(AYZ)Eutectic Composition Ceramic Microcomposites[J].Journal of the European Ceramic Society,2010,30(3):649-656)，通过无压和热压分别烧结纳米级Al₂O₃/Y₂O₃/ZrO₂共晶成分粉末，均获得了高致密的共晶成分的块体材料，材料的硬度为16～19GPa，略高于同成分定向凝固共晶材料(15～17GPa)，而断裂断裂韧性为2.3～4.7MPa.m^1/2，相对于同成分定向凝固材料(3～9MPa.m^1/2)较低。此外，结果表明，相对于无压烧结，热压烧结能在较低烧结温度下获得高致密的材料，同时降低烧结过程中晶粒长大的程度，但通过热压烧结共晶成分粉末只能制备颗粒复合材料，材料内部存在的晶界和界面非晶相导致其在高温下的力学性能和组织稳定性变差。

为解决这一问题，研究者另辟蹊径，采用定向凝固方法制备氧化物共晶自生复合材料，消除烧结材料中存在的晶界和弱化相，并且制备的材料具有良好的室温和高温强度，优良的抗氧化和抗蠕变性能，尤其是在接近共晶点时，表现出优良的高温组织和结构稳定性，适宜在1400～1700℃氧化性环境中长期作业服役，受到人们的广泛关注。文献(J.I.Larsson M,Merino R I,et al.Processing,microstructure and mechanical properties of directionally-solidified Al₂O₃/Y₃Al₅O₁₂/ZrO₂ternary eutectics[J].Journal of the European Ceramic Society,2006,26(15):3113-3121.)，采用激光悬浮区熔法制备了组织细小的Al₂O₃/Y₃Al₅O₁₂/ZrO₂共晶陶瓷，其硬度为14.8GPa，断裂韧性为4.3MPa.m^1/2，弯曲强度可达2.2GPa。然而，由于氧化物陶瓷较高的熔点和目前定向凝固技术的限制，较难制备尺寸较大的氧化铝基共晶陶瓷，从而限制了共晶材料的应用。所以，迫切需要开展研究具有自主知识产权和能够满足工业应用条件的氧化铝基共晶材料的制备技术。