[发明专利]一种原位合成钛铝氮和氮化钛强化氧化铝陶瓷力学性能的制备方法

说明书

本发明公开了一种原位合成钛铝氮和氮化钛强化氧化铝陶瓷力学性能的制备方法，本发明为解决现阶段Al₂O₃陶瓷韧性差、强度低以及摩擦系数高的问题。具体包括：按照一定比例将Al₂O₃粉、Ti粉与AlN粉加入球磨罐中，使用水或酒精作为球磨介质，球磨混合一定时间后取出并烘干，经过过筛、造粒后使用一定压力的冷压成型和冷等静压。将压制好的胚体置于无压烧结炉中，使用真空烧结或惰性气氛保护烧结手段，通过一定的升温速率使得胚体达到一定温度后保温。在烧结过程中Ti粉与AlN发生反应，原位生成Ti₂AlN与TiN，对Al₂O₃陶瓷基体起到增强增韧以及提高摩擦性能的作用。本发明适用于制备高性能Al₂O₃基复合材料。

技术领域

本发明涉及高性能陶瓷基复合材料制备技术领域，具体涉及一种原位合成钛铝氮和氮化钛强化氧化铝陶瓷力学性能的制备方法。

背景技术

Ti₂AlN是MAX相中的典型代表，在Ti₂AlN中Ti和Al之间以金属键相连接，使其具有比传统陶瓷更好的导电性和可机械加工性，Ti₂AlN的热膨胀系数教低，在高温条件下变形小，抗热震性能优异，并且独特的三元层状结构使其具有自润滑性，在高温下承受载荷的能力良好。N和Ti、Al之间以离子键连接，具有比金属材料更高的强度、硬度及耐磨性，Ti₂AlN也具有比金属材料更优秀的抗腐蚀性能。

Al₂O₃陶瓷材料具有很多优点如硬度、强度高，耐高温性能好等优良性能，使其在机械、化工、冶金、轻纺和航空航天等许多领域得到了广泛的应用。但是它的脆性大在很大程度下制约了它的应用。

为提高氧化铝陶瓷的性能，通常加入Ti粉进行烧结，但是由于高温下Ti和Al₂O₃间会生成大量的Ti-Al金属间化合物，这些化合物会弱化晶界，导致制备的Ti/Al₂O₃复合材料的性能的下降。研究中们主要通过在Ti/Al₂O₃复合材料中加入Nb、Y₂O₃、Pr₆O₁₁等抑制Ti-Al金属间化合物形成，减少金属间化合物给复合材料带来危害，但并不能进一步提升Al₂O₃的力学性能。

但如果能够抑制消耗Ti-Al金属间化合物的生成且将生成的Ti-Al金属间化合物通过反应转变成一种对基体有益的增强相。那么就有望进一步优化Al₂O₃基复合材料的性能，让它在工业生产中得到更为广泛的应用。

发明内容

本发明所要解决的问题是：提供一种原位合成钛铝氮和氮化钛强化氧化铝陶瓷力学性能的制备方法，通过加入Ti粉和AlN粉在烧结过程消除复合材料中Ti-Al金属间化合物的危害，通过原位反应生成Ti₂AlN和TiN第二相增强相，进一步提高复合材料的力学性能。

本发明为解决上述问题所提供的技术方案为：一种原位合成钛铝氮和氮化钛强化氧化铝陶瓷力学性能的制备方法，所述方法包括以下步骤，

(1)将一定比例的Al₂O₃粉、Ti粉与AlN粉加入球磨罐中球磨混粉，使用水或酒精作为球磨介质；

(2)球磨一定时间后，将原料粉取出烘干，经过过筛、造粒后使用一定压力的冷压成型和冷等静压；

(3)将压制好的胚体置于无压烧结炉中，使用真空烧结或惰性气氛保护烧结手段，通过一定的升温速率使得胚体达到一定温度后保温，得到高性能Al₂O₃基复合材料。