CN101219890A

CN101219890A - 含钽酸锂颗粒的氧化铝基陶瓷复合材料及其制备方法

Info

Publication number: CN101219890A
Application number: CNA2008100638534A
Authority: CN
Inventors: 张有凤; 刘艳玫; 贾德昌; 周玉
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2008-01-14
Filing date: 2008-01-14
Publication date: 2008-07-16

Abstract

含钽酸锂颗粒的氧化铝基陶瓷复合材料及其制备方法，它涉及一种氧化铝基陶瓷复合材料及其制备方法。它解决了现有技术中生产氧化铝陶瓷复合材料的烧结温度高、抗弯强度低和断裂韧性较低的问题。本发明含钽酸锂颗粒的氧化铝基陶瓷复合材料是按体积百分比将5％～30％钽酸锂粉末和70％～95％氧化铝粉末混合制备而成。制备步骤：将钽酸锂粉末和氧化铝粉末湿混、球磨后烘干，得混合均匀的钽酸锂与氧化铝粉末，再放入模具中，经烧结得含钽酸锂颗粒的氧化铝基陶瓷复合材料。本发明所得含钽酸锂颗粒的氧化铝基陶瓷复合材料致密度达99～99.99％，具有所需烧结温度低、抗弯强度高达445.9～492.9MPa、断裂韧性达4.8～5.37MPa·m^1/2。

Description

含钽酸锂颗粒的氧化铝基陶瓷复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种氧化铝基陶瓷复合材料及其制备方法。

背景技术

Al₂O₃是基础的结构陶瓷材料之一，它具有高熔点、高硬度、绝缘、耐热等特性，因此受到材料工作者的重视，其研究重点始终放在如何克服其脆性以改善性能的稳定可靠性方面。Al₂O₃陶瓷已广泛应用于宇航、核能、能源、冶金、电子、生物化学等领域。我国生产的致密Al₂O₃陶瓷，一般烧结温度高达1620～1650℃，带来的结果是：能量消耗大，窑炉、加热元件、推板砖和承烧板的寿命缩短，变形严重，且产品致密Al₂O₃陶瓷的抗弯强度低仅为432.3MPa、断裂韧性较低为4.4MPa.m^1/2。目前，有将Nd₂Ti₂O₇作为第二相加入到Al₂O₃基体中，使断裂韧性得到一定的改善，但烧结温度仍高达1450～1500℃。

发明内容

本发明目的是为了解决现有技术中生产氧化铝陶瓷复合材料的烧结温度高、抗弯强度低和断裂韧性较低的问题，而提供一种含钽酸锂颗粒的氧化铝基陶瓷复合材料及其制备方法。

本发明含钽酸锂颗粒的氧化铝基陶瓷复合材料是按体积百分比将5％～30％钽酸锂粉末和70％～95％氧化铝粉末混合制备而成。

制备含钽酸锂颗粒的氧化铝基陶瓷复合材料按以下步骤实现一、按体积百分比将5％～30％钽酸锂粉末和70％～95％氧化铝粉末混合，加入混合介质，以200～300r/min的速率球磨2～36h，得混合浆料；二、将混合浆料置于电炉上搅拌、烘干，得混合均匀的钽酸锂与氧化铝粉末；三、将混合均匀的钽酸锂与氧化铝粉末放入模具，置于烧结炉内，充入保护气体，在温度为1250～1300℃、压力为15～30MPa的条件下烧结0.5～3h，得含钽酸锂颗粒的氧化铝基陶瓷复合材料。

本发明制备的含钽酸锂颗粒的氧化铝基陶瓷复合材料性能优异，在1300℃烧结所得致密度达99.99％，在室温下用三点弯曲法测试得到的抗弯强度为445.9～492.9MPa，用单边切口梁法测得的断裂韧性为4.8～5.37MPa·m^1/2；适用于制作耐磨材料和精密机械零部件等结构陶瓷器件。本发明含钽酸锂颗粒的氧化铝基陶瓷复合材料的制备方法简单，成本低，适合工业化生产。

附图说明

图1是具体实施方式九中所得含钽酸锂颗粒的氧化铝基陶瓷复合材料的XRD谱图，●表示Al₂O₃，表示LiTaO₃。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式含钽酸锂颗粒的氧化铝基陶瓷复合材料是按体积百分比将5％～30％钽酸锂粉末和70％～95％氧化铝粉末混合制备而成。

本实施方式中钽酸锂粉末纯度为99.9％，粒径为3μm；氧化铝粉末纯度为99.9％，粒径为300nm。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同是按体积百分比将15％钽酸锂粉末和85％氧化铝粉末混合制备而成。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式制备含钽酸锂颗粒的氧化铝基陶瓷复合材料按以下步骤实现：一、按体积百分比将5％～30％钽酸锂粉末和70％～95％氧化铝粉末混合，加入混合介质，以200～300r/min的速率球磨2～36h，得混合浆料；二、将混合浆料置于电炉上搅拌、烘干，得混合均匀的钽酸锂与氧化铝粉末；三、将混合均匀的钽酸锂与氧化铝粉末放入模具，置于烧结炉内，充入保护气体，在温度为1250～1300℃、压力为15～30MPa的条件下烧结0.5～3h，得含钽酸锂颗粒的氧化铝基陶瓷复合材料。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三的不同是步骤一中按体积百分比将10％钽酸锂粉末和90％氧化铝粉末混合。其它步骤及参数与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式三的不同是步骤一中混合介质为乙醇或丙酮。其它步骤及参数与具体实施方式三相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式三的不同是步骤一中以250r/min的速率球磨24h。其它步骤及参数与具体实施方式三相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式三的不同是步骤一混合过程中加入氧化铝磨球或氧化锆磨球。其它步骤及参数与具体实施方式三相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式三的不同是步骤三中充入保护气体为氢气、氩气或氮气。其它步骤及参数与具体实施方式三相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式三的不同是步骤三中在温度为1300℃、压力为25MPa的条件下烧结1h。其它步骤及参数与具体实施方式三相同。

具体实施方式十：本实施方式制备含钽酸锂颗粒的氧化铝基陶瓷复合材料按以下步骤实现：一、按体积百分比将15％钽酸锂粉末和85％氧化铝粉末混合，以250r/min的速率球磨24h，得混合浆料；二、将混合浆料置于电炉上搅拌、烘干，得混合均匀的钽酸锂与氧化铝粉末；三、将混合均匀的钽酸锂与氧化铝粉末放入模具，置于烧结炉内，充入氮气，在温度为1300℃、压力为25MPa的条件下烧结1h，得含钽酸锂颗粒的氧化铝基陶瓷复合材料；经测试，本实施方式所得含钽酸锂颗粒的氧化铝基陶瓷复合材料的致密度为99.99％，与现有技术在1500℃下烧结致密度相当，但烧结温度降低了200℃；在室温下用三点弯曲法测试得到的抗弯强度为492.9MPa，用单边切口梁法测得的断裂韧性为5.37MPa·m^1/2、弹性模量为334.5GPa、维氏硬度为16.8GPa，其中抗弯强度和断裂韧性本别是现有技术中1500℃热压烧结制备的致密Al₂O₃陶瓷的1.14倍和1.22倍；该复合材料的XRD谱图(图1)中，可看出只有LiTaO₃和Al₂O₃的衍射峰，没有其它物质的衍射峰出现，说明烧结后LiTaO₃和Al₂O₃能稳定共存。

Claims

1.含钽酸锂颗粒的氧化铝基陶瓷复合材料，其特征在于含钽酸锂颗粒的氧化铝基陶瓷复合材料是按体积百分比将5％～30％钽酸锂粉末和70％～95％氧化铝粉末混合制备而成。

2.根据权利要求1所述的含钽酸锂颗粒的氧化铝基陶瓷复合材料，其特征在于按体积百分比将15％钽酸锂粉末和85％氧化铝粉末混合制备而成。

3.制备权利要求1所述含钽酸锂颗粒的氧化铝基陶瓷复合材料的方法，其特征在于含钽酸锂颗粒的氧化铝基陶瓷复合材料按以下步骤制备：一、按体积百分比将5％～30％钽酸锂粉末和70％～95％氧化铝粉末混合，加入混合介质，以200～300r/min的速率球磨2～36h，得混合浆料；二、将混合浆料置于电炉上搅拌、烘干，得混合均匀的钽酸锂与氧化铝粉末；三、将混合均匀的钽酸锂与氧化铝粉末放入模具，置于烧结炉内，充入保护气体，在温度为1250～1300℃、压力为15～30MPa的条件下烧结0.5～3h，得含钽酸锂颗粒的氧化铝基陶瓷复合材料。

4.根据权利要求3所述的含钽酸锂颗粒的氧化铝基陶瓷复合材料及其制备方法，其特征在于步骤一中按体积百分比将10％钽酸锂粉末和90％氧化铝粉末混合。

5.根据权利要求3所述的含钽酸锂颗粒的氧化铝基陶瓷复合材料及其制备方法，其特征在于步骤一中混合介质为乙醇或丙酮。

6.根据权利要求3所述的含钽酸锂颗粒的氧化铝基陶瓷复合材料及其制备方法，其特征在于步骤一中以250r/min的速率球磨24h。

7.根据权利要求3所述的含钽酸锂颗粒的氧化铝基陶瓷复合材料及其制备方法，其特征在于步骤一混合过程中加入氧化铝磨球或氧化锆磨球。

8.根据权利要求3所述的含钽酸锂颗粒的氧化铝基陶瓷复合材料及其制备方法，其特征在于步骤三中充入保护气体为氢气、氩气或氮气。

9.根据权利要求3所述的含钽酸锂颗粒的氧化铝基陶瓷复合材料及其制备方法，其特征在于步骤三中在温度为1300℃、压力为25MPa的条件下烧结1h。