[发明专利]一种具有低温愈合裂纹能力的陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有低温愈合裂纹能力的陶瓷材料及其制备方法，组成按质量百分数计如下：SiC和Al₂O₃的混合物：60～80％，TiB₂：10～20％，助熔剂：10～20％；按比例称取SiC、Al₂O₃、TiB₂和助溶剂，加入溶剂，湿法球磨5～7h得到球磨液；所得球磨液真空干燥后经100～120目筛过筛，得到混合粉料；所得混合粉料装入模具中，经冷压成型后放入放电等离子烧结炉中进行放电等离子烧结或热压炉中热压烧结；本发明通过在陶瓷材料基体中添加TiB₂来实现材料裂纹愈合的功能，采用的愈合剂TiB₂在较低温度下便可以与氧气发生反应生成可以愈合裂纹的TiO₂和B₂O₃，在较短的时间内抗弯强度可以恢复到的80％以上，提高了陶瓷材料的使用寿命，加入的玻璃粉也可以降低烧结温度。

技术领域

本发明属于陶瓷材料技术领域，具体涉及一种具有低温愈合裂纹能力的陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

陶瓷复合材料(CMC)在我们生产生活中应用十分广泛，但由于陶瓷本身的脆性特性，其表面很容易受到损伤，产生微裂纹，严重影响材料的性能，甚至带来灾难性破坏。受到生物自愈合的启发，希望陶瓷材料受到损伤产生的裂纹也能够自发的愈合，并且愈合后达到基体未损伤时强度的80％以上。

陶瓷材料具有愈合能力，需要对体系进行设计，通过向体系中加入具有愈合能力的组分，使其具有裂纹愈合的功能。现在的愈合机理主要是化学反应机理，添加的自愈合颗粒在一定气氛条件下，发生化学反应，反应生成物填补到裂纹中实现裂纹愈合。根据CMC材料实际使用温度的不同，需要探索不同温度的愈合剂，如今研究最多的为中高温愈合剂像SiC、Al₂O₃、Si₃N₄和新型三元MAX家族陶瓷等。但其特点是愈合温度高，愈合时间长，不能满足某些特定条件下，低温快速愈合的需要。

发明内容

本发明目的在于提供一种在低温下具有裂纹愈合能力的陶瓷材料及其制备方法，通过添加修复剂TiB₂，使SiC/Al₂O₃/TiB₂陶瓷材料具有低温快速愈合裂纹的能力。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

一种具有低温愈合裂纹能力的陶瓷材料，其组成按质量百分数计如下：

SiC和Al₂O₃的混合物：60～80％，TiB₂：10～20％，助熔剂：10～20％。

按上述方案，SiC和Al₂O₃的混合物中SiC和Al₂O₃的质量比为7:3～5:5。

按上述方案，所述的助熔剂为玻璃粉，软化温度900℃，主要成分为硅、铝等氧化物。

上述具有低温愈合裂纹能力陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按比例称取SiC、Al₂O₃、TiB₂和助熔剂，加入溶剂，湿法球磨5～7h得到球磨液；

(2)所得球磨液真空干燥后经100～120目筛过筛，得到混合粉料；

(3)所得混合粉料装入模具中，经冷压成型后放入放电等离子烧结炉中进行放电等离子烧结或放入热压炉中热压烧结。

按上述方案，步骤1中所述溶剂为无水乙醇；湿法球磨的球料比为7:1～10:1。