[发明专利]一种氧化铝/钛硅碳层状复合材料及其原位制备方法

说明书

本发明属于陶瓷基复合材料制备领域，具体涉及一种氧化铝/钛硅碳层状复合材料及其原位制备方法。通过控制温度，并向原料粉中添加少量的铝粉来提高钛硅碳陶瓷的纯度；使用流延法和原位反应相结合的方法制备该层状材料，且制备出来的界面层钛硅碳陶瓷比较纯，没有其他杂质；此复合材料纯度高，并且抗弯强度和断裂韧性等力学性能均有很大提高。

技术领域

本发明属于陶瓷基复合材料制备领域，具体涉及一种氧化铝/钛硅碳层状复合材料及其原位制备方法。

背景技术

层状复合材料起源于仿生设计，它模拟了自然界中竹子、贝壳这种生物的特殊层状结构。层状陶瓷的制备意义主要在于通过添加韧性补强相来提高材料的整体韧性。采用原位反应的合成方法，即使用钛粉、碳化硅粉和碳粉这些原料粉合成钛硅碳陶瓷可以降低生产成本，但原料粉可能会和氧化铝发生化学反应。层状陶瓷的强度主要取决于基体材料，同时还要求基体层和界面层之间不发生强烈的化学反应，钛硅碳在合成过程中容易产生杂质相，因此需要对层状复合材料的界面进行调控。

氧化铝陶瓷由于其硬度高、耐磨性好、机械强度高、耐热性能优异、化学稳定性好、耐高温腐蚀性好等优点被广泛应用到现代工业，但是它的脆性较高、韧性较差、加工困难限制了它在某些方面的使用。钛硅碳陶瓷由于其特殊的晶体结构，钛碳强烈的共价键，使它具有高熔点、高模量、耐腐蚀、抗氧化等优点，钛硅之间微弱的共价键和金属键赋予它层状结构，使钛硅碳陶瓷具有较高的韧性和自润滑性，但同时它的硬度也比较低。如果二者取长补短、协同作用，以强度较高的氧化铝陶瓷作为复合材料基体，以韧性较好的钛硅碳陶瓷作为增韧层，形成氧化铝/钛硅碳层状复合陶瓷，实现材料硬度、强度和韧性的优势互补。

发明内容

针对现有的技术问题，本发明提供了一种高纯氧化铝/钛硅碳层状复合材料的制备方法，通过控制温度，并向原料粉中添加少量的铝粉来提高钛硅碳陶瓷的纯度；使用流延法和原位反应相结合的方法制备该层状材料，且制备出来的界面层钛硅碳陶瓷比较纯，没有其他杂质；此复合材料纯度高，并且抗弯强度和断裂韧性等力学性能均有很大提高。

一种氧化铝/钛硅碳层状复合材料的制备方法，包括以下步骤：

a. 制备氧化铝流延片和钛硅碳流延薄片

将氧化铝或钛硅碳的原料粉和磷酸三乙酯、聚乙烯醇缩丁醛、邻苯二甲酸二辛酯按质量比28-44:2.4-3.6:3-6:2.4-4.8，水浴下混合；球磨形成均匀稳定的流延浆料；除泡，制备流延薄片；

b．制备坯体

将步骤a制备的流延薄片，裁剪后交替叠层，真空热压成型；

c. 真空烧结

将步骤b的坯体在真空烧结得到氧化铝/钛硅碳层状复合陶瓷材料；

所述的钛硅碳的原料粉是钛粉、碳化硅粉、碳粉和铝粉摩尔比为3:1.1:0.9:0.2原位合成。

所述步骤c真空烧结的条件为：真空气氛、1450-1600℃烧结温度、5℃/min升温速率、30 MPa烧结压力、90 min保温保压时间。

所述的氧化铝或钛硅碳的原料粉同磷酸三乙酯、聚乙烯醇缩丁醛、邻苯二甲酸二辛酯、无水乙醇质量比为40:50.6:2:4:3.2。

所述层状氧化铝层厚度为90-140 μm；钛硅碳层厚度为65-95 μm。

上述任一项所述的制备方法制备的氧化铝/钛硅碳层状复合材料。

所述的复合材料制备得到的陶瓷。

该陶瓷的强度为412-508MPa，断裂韧性为 4.3-7.3 MPa·m^1/2，密度为3.21-3.97g/cm³，气孔率为1.32%-1.93%。