[发明专利]一种静电纺丝纳米纤维增韧氧化铝陶瓷及其制备方法

说明书

本发明提供了一种静电纺丝纳米纤维增韧氧化铝陶瓷及其制备方法，所述氧化铝陶瓷包括以下质量百分比的原料：氧化铝陶瓷粉体90‑93％，烧结助剂5％，静电纺丝纳米纤维2‑5％。其制备方法，包括步骤：将氧化铝陶瓷粉体和烧结助剂混合，以蒸馏水作为球磨介质，进行混料球磨，得到氧化铝浆料；将静电纺丝纳米纤维加入氧化铝浆料中进行球磨，分散均匀后得到混合浆料；之后进行造粒、压制成型、干燥、烧结，即得。本发明的制备方法通过将静电纺丝法制备的纳米纤维通过球磨造粒的方式均匀的分散在陶瓷基体中，其中静电纺丝纳米纤维作为基体的增韧相，显著增强了复合材料的断裂韧性和相对强度，解决了氧化铝陶瓷断裂韧性低的问题。

技术领域

本发明涉及一种静电纺丝纳米纤维增韧氧化铝陶瓷及其制备方法，属于无机非金属材料制备技术领域。

背景技术

陶瓷材料被广泛应用于航空、耐磨器件、刀具等领域。然而，陶瓷材料固有的断裂韧性低的缺点严重制约了陶瓷材料的进一步应用。因此，提高陶瓷材料的断裂韧性对于实现陶瓷材料更广泛的应用具有非常重要的意义。纤维增韧陶瓷材料的方法是在陶瓷材料基体中以一定的工艺方式加入增韧纤维，利用纤维的高强度特性来分担陶瓷基体外加的负荷，分散残留在基体中的应力，降低外加载荷对基体的破坏。

纤维增韧陶瓷材料的方法主要有外部引入法和原位生成法。原位生成法是在基体中加入生成纤维的原料在高温处理过程中生成纤维以达到增韧补强的目的。例如：赵红超等提供了一种原位转化碳纤维增韧氧化铝复合材料的制备工艺，以聚丙烯腈预氧化纤维为前驱体，使其在真空烧结过程中原位转化生成碳纤维来增韧氧化铝陶瓷材料，但是其增韧效果有限(参见文献：赵红超，陈华辉，曹晶晶，高占峰，范磊.原位转化碳纤维增韧氧化铝复合材料的制备工艺[J].北京科技大学学报，2013，35(7):908-913.)。中国专利文献CN108409347A提供了一种原位生成Ti₃SiC₂相增韧碳化硅陶瓷基复合材料的制备方法，将TiC粉、粘结树脂和有机溶剂配制成料浆，与纤维制备成预浸料后，经热压、碳化，利用高温熔融硅渗透技术在生成碳化硅基体时原位生成Ti₃SiC₂。但是，这种方法需要的材料多且工艺复杂。而将制成的纤维由外部引入到基体材料中，则可以大大提高增韧补强效果。例如：中国专利文献CN1884189提供了一种莫来石纤维增韧氧化铝陶瓷基复合材料由以下重量百分比的原料制成：α-Al₂O₃为69％～84.5％，莫来石纤维为10％～20％，TiO₂为0.5％～1％，助溶剂CaO+MgO+SiO₂为5％～10％，其抗弯强度与纯氧化铝陶瓷相比提高2～3倍，断裂韧性提高4～5倍，提高氧化铝陶瓷的力学性能。但是上述复合材料所用的纤维为微米级纤维，需要较高的纤维质量分数才能明显提高增韧补强效果。

因此，开发新的纤维增韧陶瓷材料的方法对于陶瓷材料的应用具有重要的意义。为此，提出本发明。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种静电纺丝纳米纤维增韧氧化铝陶瓷及其制备方法。本发明采用具有较大比表面积的静电纺丝纳米纤维来增韧氧化铝陶瓷，静电纺丝纳米纤维与陶瓷基体有较大的接触面积，可以提供更多的表面能增量，从而更加有效的增韧，使用较低的添加量就可以得到较好的增韧效果，有望获得低纤维体积分数，高韧性复合陶瓷。本发明采用常压烧结直接制备得到纤维增韧氧化铝陶瓷，简化了复合材料的生产流程，且提高了纳米纤维在基体中的均匀分散性，同时实现了静电纺丝纳米纤维在纤维增韧陶瓷领域的应用，因此具有良好的实际应用价值。

本发明的技术方案如下：

一种静电纺丝纳米纤维增韧氧化铝陶瓷，包括以下质量百分比的原料：氧化铝陶瓷粉体90-93％，烧结助剂5％，静电纺丝纳米纤维2-5％。

根据本发明，所述氧化铝陶瓷粉体为α-Al₂O₃粉体，粒径为5-20μm。