[发明专利]一种氮化铝陶瓷复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，特别涉及一种氮化铝陶瓷复合材料及该复合材料的制备方法。

背景技术

氮化铝陶瓷是以氮化铝为主晶相的陶瓷材料。氮化铝AIN晶体是以四面体为结构单元的共价键化合物，具有纤锌矿型结构，属六方晶系。由于氮化铝粉末具有粒径小，活性大，的特点，因此制备的氮化铝陶瓷具有优良的导热性能，而且具有：（1）膨胀系数低；（2）强度高；（3）耐高温，耐化学腐蚀；（4）电阻率高，介电损耗小；（5）优良的耐磨性能等特点，但是存在两方面的问题：

一是，氮化铝陶瓷的高温抗氧性较差，在大气中容易吸潮、水解而尚失其优良的性能；

二是，制备的成本较高，不利于长期使用。

鉴于此，现有技术纷纷作出改进，以保证氮化铝优良的性能的同时，降低其成本，提高其高温抗氧化性能。

申请号为201310245044.6的专利文献“一种氮化铝复合陶瓷”，公开了一种氮化铝复合陶瓷，配料：按质量份数，氮化硅3-5份，氧氮化硅10-15份，氮化铝30-50份，二氧化硅20-40份，氧化镁10-20份。经过原料制浆和注射成型干燥烧结过程，制成氮化铝复合陶瓷产品。由此可知，该技术方案是在氮化铝原料基础上，加入氮化硅、氧氮化硅、二氧化硅和氧化镁，以提高复合陶瓷的强度和硬度性能，使之具有良好的耐磨性能和耐化学腐蚀性能，但是氮化铝陶瓷本身即具备优良的性能，加入的组分只是提高了其优势性能，但是对于复合陶瓷的高温抗氧化性能并没有过多关注，该材料并没有有效解决氮化铝的不足之处，因此，不适合长期使用。

发明内容    

本发明解决的技术问题：针对上述不足，克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种氮化铝陶瓷复合材料及其制备方法。

本发明的技术方案：一种氮化铝陶瓷复合材料，包括以下质量份数的各个组分：

氮化铝35-60份、纳米氧化铝10-15份、氮化硼6-8份、增强纤维8-15份、纳米氧化钛3-8份、纳米氧化锡3-7份、氧化锆3-6份、钴粉2-5份和稀土氧化物6-12份。

作为优选，所述增强纤维为碳纤维、玻璃纤维或碳化硅纤维。

更优地，所述增强纤维为碳化硅纤维。

作为优选，所述稀土氧化物为氧化钇或氧化镨。

一种氮化铝陶瓷复合材料的制备方法，制备步骤如下：

（1）准确称取相应质量份数的各个组分；

（2）将各个组分混合均匀后放入球磨机进行研磨，至混合均匀，得到混合粉体；

（3）将混合粉体放入高温炉中进行高温高压煅烧，温度1300-1600℃，压力1.5-5GPa，时间3-9h；

（4）煅烧结束后，随炉冷却至室温，取出，即得到氮化铝陶瓷复合材料。

作为优选，步骤（3）中煅烧的温度为1350-1500℃，压力2.5-4.5GPa。

有益效果：本发明提供的氮化铝陶瓷复合材料，是根据氮化铝陶瓷的特点，既要保持其优良的力学和电学性能，又要通过加入不同的组分，改善材料的高温抗氧化性能，防止材料由于高温氧化、吸潮造成性能的下降，尽可能的延长其使用寿命。

有鉴于此，在组分中，加入了增强纤维，通过增强纤维进一步提高其优势性能，另一方面，加入多种纳米级金属氧化物，纳米金属氧化物在陶瓷中形成的特殊结构，能够保护氮化铝免受氧化的侵蚀，另一方面也能增强陶瓷材料的物理性能，加入的稀土元素能够有效提高材料的综合性能。

因此，本发明提供的氮化铝陶瓷复合材料，不仅提供了材料的力学和电学性能，而且通过纳米粒子、增强纤维和稀土元素的共同作用，克服了氮化铝在高温下氧化变性的缺陷，有效延长了其适用寿命。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解， 这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

实施例 1：

一种氮化铝陶瓷复合材料，包括以下质量份数的各个组分：

氮化铝60份、纳米氧化铝15份、氮化硼8份、碳纤维15份、纳米氧化钛8份、纳米氧化锡7份、氧化锆6份、钴粉5份和氧化钇12份。

根据本发明提供的氮化铝陶瓷复合材料的制备方法制备上述复合材料，步骤如下：

（1）准确称取相应质量份数的各个组分；

（2）将各个组分混合均匀后放入球磨机进行研磨，至混合均匀，得到混合粉体；

（3）将混合粉体放入高温炉中进行高温高压煅烧，温度1400℃，压力4.5GPa，时间5h；