[发明专利]氧化铝基复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及无机材料及其制备方法，具体是指Al₂O₃基复合材料及其制备方法。

由于Al₂O₃陶瓷不但硬度和强度高、耐热性和化学稳定性好，而且价格较其它陶瓷材料低，因此，Al₂O₃在工业上应用较为广泛，如用作球磨机的磨球和绝缘瓷等。

尽管常规Al₂O₃陶瓷有许多优越的基本特性，但是仍存在以下缺点，作为结构材料效果不能令人满意：

(1)由于硬度高(莫氏硬度9)，可加工性差；

(2)由于脆性大，耐机械冲击性差；

(3)由于机械加工性能差，形成精确尺寸比较困难；

(4)烧结温度高(1500℃～1900℃)；

(5)烧结收缩大；

(6)抗热震性差；

(7)润滑性比金属差。

日本东芝陶瓷公司发明的美国专利US4,673,435公开了一种Al₂O₃/Al-Si复合材料及其制备方法。由于该复合材料是通过纯铝熔体与石英玻璃反应渗透来形成的，因此它是由三维连通的基体α-Al₂O₃和网状的铝合金组成，具有独特的微观结构，材料的强度可达400MPa。在同样条件下，他们也通过铝熔体与SiO₂结合SiC的预制体反应渗透形成SiC/Al₂O₃/Al-Si复合材料，该材料的强度也达400MPa。

但是，Al₂O₃/Al-Si和SiC/Al₂O₃/Al-Si两种复合材料的制备，都必须在780℃～1000℃，真空或惰生氛下进行，其设备复杂，操作成本高，原材料(石英玻璃)比较昂贵，也不适于大规模生产。

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处，提供一种性能优越的Al₂O₃基陶瓷复合材料，并提供制备该材料的方法。该方法不但能获得性能优良、尺寸精确的各种复杂形状的陶瓷复合体，而且工艺方法简单，无须保护气氛，工艺温度低，设备简单，制备该材料的原材料价格低廉、制备成本低。

本发明的目的是通过如下措施达到的：

由三维连通的多孔Al₂O₃基体和铝合金组成的Al₂O₃复合材料，其特征在于它是由三维连通的Al₂O₃基体，Al₂O₃、SiC、Si₃N₄、ZrO₂、莫来石的颗粒或纤维或晶须中的任意一种为增强陶瓷相和Al-Si-Mg-X或Al-Si-Zn-X合金相三大部分组成，其中X是Fe或Cu或Ti或Ni金属元素。

由三维连通的多孔Al₂O₃基体和铝合金组成的氧化铝基复合材料，其特征在于，它是由三维连通的Al₂O₃基体，Al₂O₃、SiC、Si₃N₄、ZrO₂、莫来石的颗粒或纤维或晶须中的任意一种为增强陶瓷相和Al-Si-Mg-X或Al-Si-Zn-X合金相组成，其中X是Fe或Cu或Ti或Ni金属元素；三维连通的Al₂O₃基体含量为20～82％，增强陶瓷相的含量为0～70wt％，铝合金相的含量8～50wt％；其中铝合金相中，Al的含量为70～99wt％，Si含量为0.5～10wt％，Mg或Zn的含量为0.1～10wt％，X的含量为0～30wt％。

Al₂O₃基复合材料的制备方法，其特征在于，其步骤及工艺条件如下：

(1)预制体的制备