[发明专利]一种预应力氧化铝陶瓷复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种预应力氧化铝陶瓷复合材料及其制备方法，属于陶瓷材料制备技术领域。上述方法包括：(1)涂层浆料的制备：将涂层粉体、分散剂、粘结剂混合在酒精或者水中，高速球磨分散成涂层浆料；(2)坯体上制备涂层：将涂层浆料均匀的涂在氧化铝预烧过的坯体上，重复几次，阴干2h；(3)预应力复合体的烧结：升温至500℃‑800℃，保温0.5h‑1h；然后以5‑20℃/min升至1500℃‑1700℃保温1‑2小时随炉冷却即可。本发明在未烧结致密化的氧化铝陶瓷表面刷涂涂层浆料，干燥后高温共同烧结致密化成预应力复合陶瓷。

技术领域

本发明涉及陶瓷材料合成技术领域，具体涉及一种预应力氧化铝陶瓷复合材料及其制备方法。

背景技术

氧化铝陶瓷是以α-Al₂O₃为主晶相的结构陶瓷，由于其具有高强度、高硬度、耐高温、良好的电绝缘性能，特别是具有优异的化学稳定性和抗氧化性，并且原料来源广泛、价格低廉，在电子、航空、机械、化工、建筑等工程领域已得到了较广泛的应用。

但是氧化铝陶瓷材料存在热膨胀系数高，抗热震性能、导热性不及非氧化物等问题，并且作为一种典型的脆性材料抗压却不抗拉，破坏时候断裂应变小，容易发生突发性脆性断裂。因此简易的实现氧化铝的增强增韧、提高其可靠性是实现氧化铝再度发展的决定性因素。

目前，提高氧化铝陶瓷强度的方法有改善烧结工艺、引入颗粒增强相(颗粒、纤维)、仿生层状结构、表面处理等，但是这些方法主要应用在军工、航天等重要领域，也会受到成本以及形状尺寸的限制。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种预应力氧化铝陶瓷复合材料及其制备方法。本发明通过在未烧结的氧化铝表面制备石英-氧化铝涂层，共同烧结致密后涂层在降温过程中将形成残余压应力，从而解决氧化铝陶瓷力学强度与韧性的较低难题，同时可以提高氧化铝的高温强度和耐腐蚀性。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一方面，本发明提供一种预应力氧化铝陶瓷复合材料，所述复合材料以氧化铝为基体，上下表面均设置有厚度为20-150μm的莫来石涂层，且所述基体与涂层的厚度比大于10。

进一步的，所述涂层为石英和氧化铝的混合物涂敷在基体表面后，与基体共同烧结后形成的。

优选的，所述混合物中石英的质量分数为5-30％，氧化铝质量分数为70-95％。

另一方面，本发明还提供一种预应力氧化铝陶瓷复合材料的制备方法，包括：

(1)氧化铝坯体的制备：坯体采用干压成型，50-70MPa干压成型，再150-300MPa冷等静压成型，经过800-1100℃预烧排除坯体有机物；

(2)涂层浆料的制备：将涂层粉体、分散剂、粘结剂混合在酒精或者水中，高速球磨分散成涂层浆料；

(3)坯体上制备涂层：将涂层浆料均匀的涂在氧化铝预烧过的坯体上，重复5-10次，最后阴干2h；

(4)预应力复合体的烧结：升温至500℃-800℃，保温0.5h-1h；然后以5-20℃/min升至1500℃-1700℃保温1-2小时随炉冷却即可。

进一步的，所述步骤(2)中，涂层粉体为石英和氧化铝混合物，粒径D50小于1μm，以提高涂层粉体的烧结活性。石英的质量含量分数为5-30％，氧化铝为95-70％。

进一步的，所述粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛酯、聚乙烯醇、异丁烯马来酸酐共聚物(ISOBAM)中的一种或多种。

进一步的，所述分散剂为蓖麻油、鱼油、聚丙烯酸、柠檬酸钠的一种或多种。

进一步的，所述粘结剂用量为涂层粉体质量的1～10％；所述分散剂用量为涂层粉体质量的0.1～1％。