[发明专利]纳米氧化锆涂覆硼酸铝晶须/铝基复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用水热合成的方法在陶瓷增强体表面获得纳米氧化锆涂层的制备方法。

背景技术

晶须增强铝基复合材料具有良好的比刚度、比强度等一系列的优异性能，同时在价格上也颇具竞争力。硼酸铝晶须增强铝基复合材料具有广泛的应用前景，但是高温条件下硼酸铝晶须与铝基体之间存在严重的界面反应，破坏了晶须的完整性，同时在界面处生成脆性相，降低了界面结合强度，使其力学性能降低。为了改善复合材料的性能，往往通过通过增强体表面涂覆来调整界面结构。适当的涂层引入不仅能提高基体与增强体之间的润湿性、还能抑制基体与增强体间的界面反应，从而大幅度改善复合材料的性能。

发明内容

本发明是为了解决高温条件下硼酸铝晶须与铝基体之间存在严重的界面反应，在界面处生成脆性相，降低了界面结合强度，使其力学性能降低的技术问题，提供了一种纳米氧化锆涂覆硼酸铝晶须/铝基复合材料的制备方法。

纳米氧化锆涂覆硼酸铝晶须/铝基复合材料的制备方法如下：

一、将硼酸铝晶须倒入水中，水与硼酸铝晶须的质量比为40～80:1，充分搅拌后超声分散，得到硼酸铝晶须水溶液；

二、将氧氯化锆溶解到水中，得到浓度为0.00001～0.2mol/L的氧氯化锆水溶液；

三、配制浓度为0.001～1mol/L的氨水或NaOH溶液；

四、按照氧化锆与硼酸铝晶须的质量比为1:10～80的比例，将氧氯化锆水溶液以雾化的方式添加到硼酸铝晶须水溶液中，同时将氨水或NaOH溶液以雾化的方式添加到硼酸铝晶须水溶液中调节体系的pH值为6～12，搅拌，静置1～5h，过滤，然后将过滤后所得的增强体倒入水热釜中，填充比为70%～80%，在100～300℃保温1～24h，自然冷却；

五、将步骤四所得产物从水热釜中倒入模具中压制，得到增强体的预制件；

六、将增强体的预制件在400～1100℃的温度下保温30～120min；

七、将经过步骤六处理的增强体的预制件放入模具中加热至450～550℃，将熔融的铝或铝合金浇入模具中同时加压，压力为80～200MPa，保压15～30min，即得纳米氧化锆涂覆硼酸铝晶须/铝基复合材料。

步骤七中所述的铝合金为2024铝合金、6061铝合金或7075铝合金。

本发明制备涂层的无机盐原料廉价，涂覆工艺简单，涂层的引入能够有效阻止界面反应的发生，提高界面结合强度。本发明用挤压铸造的方法得到的增强体制备纳米氧化锆涂覆硼酸铝晶须/铝基复合材料抗拉强度可达540MPa，相比现有复合材料抗拉强度提高了40%以上。

附图说明

图1是实验一制备的纳米氧化锆涂覆硼酸铝晶须/铝基复合材料中涂覆后晶须表面的扫描电镜照片；

图2是实验一制备的纳米氧化锆涂覆硼酸铝晶须/铝基复合材料中涂覆后晶须的XRD衍射图谱，图中●表示ZrO₂。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式中纳米氧化锆涂覆硼酸铝晶须/铝基复合材料的制备方法如下：

一、将硼酸铝晶须倒入水中，水与硼酸铝晶须的质量比为40～80:1，充分搅拌后超声分散，得到硼酸铝晶须水溶液；

二、将氧氯化锆溶解到水中，得到浓度为0.00001～0.2mol/L的氧氯化锆水溶液；

三、配制浓度为0.001～1mol/L的氨水或NaOH溶液；

四、按照氧化锆与硼酸铝晶须的质量比为1:10～80的比例，将氧氯化锆水溶液以雾化的方式添加到硼酸铝晶须水溶液中，同时将氨水或NaOH溶液以雾化的方式添加到硼酸铝晶须水溶液中调节体系的pH值为6～12，搅拌，静置1～5h，过滤，然后将过滤后所得的增强体倒入水热釜中，填充比为70%～80%，在100～300℃保温1～24h，自然冷却；

五、将步骤四所得产物从水热釜中倒入模具中压制，得到增强体的预制件；

六、将增强体的预制件在400～1100℃的温度下保温30～120min；

七、将经过步骤六处理的增强体的预制件放入模具中加热至450～550℃，将熔融的铝或铝合金浇入模具中同时加压，压力为80～200MPa，保压15～30min，即得纳米氧化锆涂覆硼酸铝晶须/铝基复合材料。

本实施方式步骤四中所述的雾化是将氨水或NaOH溶液与氧氯化锆水溶液分别采用喷雾的方式同时添加到硼酸铝晶须水溶液中。