[发明专利]放电等离子烧结氧化铝基共晶陶瓷复合材料的方法

说明书

一种放电等离子烧结氧化铝基共晶陶瓷复合材料的方法，利用激光悬浮区熔定向凝固技术制备了组织细小均匀的棒状共晶试样；通过粉碎过筛获得内部包含有共晶结构的共晶粉末；采用放电等离子烧结制备内部保留有共晶结构的氧化铝基共晶陶瓷复合材料。本发明制备的烧结共晶复合材料保留了初始共晶试样当中的共晶结构，并且消除了大部分晶界和界面非晶相，为大尺寸氧化铝基共晶陶瓷复合材料的制备提供了一种新思路。本发明得到的组织呈典型的“象形文字”共晶形貌，共晶颗粒粒度分布在4～12μm且大于共晶层片间距，颗粒内部能有效保留初始共晶试样当中的共晶结构。由于烧结时间短，有效抑制烧结过程中的组织长大，有利于获得均匀细小组织的共晶陶瓷。

技术领域

本发明涉及超高温结构陶瓷领域，具体是通过放电等离子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陶瓷复合材料。

技术背景

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)EutecticComposition Ceramic Microcomposites[J].Journal of the European CeramicSociety,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。