CN105152633A - 一种陶瓷复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种陶瓷复合材料及其制备方法，上述陶瓷复合材料，由包含以下重量份的组分制成：三氧化二铝70-80份、硅藻土8-10份、氮化硅2-6份、锰0.5-0.8份、铝酸钙0.3-0.5份、八苯基环四硅氧烷0.2-0.5份、氟锆酸钾0.2-0.5份、泡沫镍0.2-0.32份、偏硼酸钡0.2-0.32份、镁0.11-0.14份、钴0.02-0.6份和硅0.02-0.22份。本发明还提供了一种陶瓷复合材料的制备方法。
Description
技术领域
本发明属于陶瓷材料领域，特别涉及一种陶瓷复合材料及其制备方法。
背景技术
陶瓷材料是用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料。根据陶瓷材料的用途可以将陶瓷材料分为普通陶瓷材料和特种陶瓷材料。
功能陶瓷利用陶瓷对声、光、电、磁、热等物理性能，因此具有很多特殊功能。功能陶瓷种类繁多，用途各异，例如，根据陶瓷电学性质的差异可制成导电陶瓷、半导体陶瓷、介电陶瓷、绝缘陶瓷等电子材料，用于制作电容器、电阻器、电子工业中的高温高频器件。
利用陶瓷的光学和电学性能，可制造固体激光材料、光导纤维、光储存材料、压电材料、磁性材料、基底材料等，其应用前景十分广阔。
发明内容
针对上述的需求，本发明特别提供了一种陶瓷复合材料及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种陶瓷复合材料，由包含以下重量份的组分制成：
三氧化二铝70-80份，
硅藻土8-10份，
氮化硅2-6份，
锰0.5-0.8份，
铝酸钙0.3-0.5份，
八苯基环四硅氧烷0.2-0.5份，
氟锆酸钾0.2-0.5份，
泡沫镍0.2-0.32份，
偏硼酸钡0.2-0.32份，
镁0.11-0.14份，
钴0.02-0.6份，
硅0.02-0.22份。
所述组分还包括颜料0-0.05重量份。
所述组分还包括镍0-0.02重量份。
一种陶瓷复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
（1）称取三氧化二铝70-80重量份、氮化硅2-6重量份、锰0.5-0.8重量份、八苯基环四硅氧烷0.2-0.5重量份、泡沫镍0.2-0.32重量份、镁0.11-0.14重量份、钴0.02-0.6重量份和硅0.02-0.22重量份，在惰性气体的气氛下加热到700-800℃，混合均匀；
（2）将步骤1的产物，在惰性气体的气氛下加入充分球磨的硅藻土8-10重量份、铝酸钙0.3-0.5重量份、偏硼酸钡0.2-0.32重量份，升温至850-880℃；
（3）在惰性气体的气氛下依次加入颜料0-0.05重量份、镍0-0.02重量份、氟锆酸钾0.2-0.5重量份，混合10-20分钟，在真空条件下逐步降温，得到陶瓷复合材料。
所述步骤（3）的混合条件为950-1000℃温度、30-60Mpa压强。
所述逐步降温的过程具体包括：在800-950℃保温5-10分钟，在600-650℃保温5-10分钟，在400-450℃保温5-10分钟，在200-300℃保温5-10分钟。
本发明与现有技术相比，其有益效果为：
（1）本发明制得的陶瓷复合材料以三氧化二铝为主要原料，通过加入硅藻土、氮化硅、锰、铝酸钙、八苯基环四硅氧烷、氟锆酸钾、泡沫镍、偏硼酸钡、镁、钴和硅，制得的陶瓷复合材料具有良好的力学性能，且避免了现有陶瓷复合材料易出现裂痕的问题。
（2）本发明制得的陶瓷复合材料具有良好的性能稳定性和耐腐蚀性，且其力学强度优良，使用寿命长。
（3）本发明的陶瓷复合材料，其制备方法简单，易于工业化生产。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
（1）称取三氧化二铝70kg、氮化硅2kg、锰0.5kg、八苯基环四硅氧烷0.2kg、泡沫镍0.2kg、镁0.11kg、钴0.02kg和硅0.02kg，在惰性气体的气氛下加热到700℃，混合均匀；
（2）将步骤1的产物，在惰性气体的气氛下加入充分球磨的硅藻土8kg、铝酸钙0.3kg、偏硼酸钡0.2kg，升温至850℃；
（3）在惰性气体的气氛下依次加入颜料0.05kg、镍0.02kg、氟锆酸钾0.2kg，在950℃、30Mpa下混合10分钟，在真空条件下在800℃保温5分钟，在600℃保温5分钟，在400℃保温5分钟，在200℃保温5分钟，得到陶瓷复合材料。
制得陶瓷复合材料的性能测试结果如表1所示。
实施例2
（1）称取三氧化二铝70kg、氮化硅2kg、锰0.5kg、八苯基环四硅氧烷0.2kg、泡沫镍0.2kg、镁0.11kg、钴0.02kg和硅0.02kg，在惰性气体的气氛下加热到700℃，混合均匀；
（2）将步骤1的产物，在惰性气体的气氛下加入充分球磨的硅藻土8kg、铝酸钙0.3kg、偏硼酸钡0.2kg，升温至850℃；
（3）在惰性气体的气氛下依次加入氟锆酸钾0.2kg，在950℃、30Mpa下混合10分钟，在真空条件下在800℃保温5分钟，在600℃保温5分钟，在400℃保温5分钟，在200℃保温5分钟，得到陶瓷复合材料。
制得陶瓷复合材料的性能测试结果如表1所示。
实施例3
（1）称取三氧化二铝80kg、氮化硅6kg、锰0.8kg、八苯基环四硅氧烷0.5kg、泡沫镍0.32kg、镁0.14kg、钴0.6kg和硅0.22kg，在惰性气体的气氛下加热到800℃，混合均匀；
（2）将步骤1的产物，在惰性气体的气氛下加入充分球磨的硅藻土10kg、铝酸钙0.5kg、偏硼酸钡0.32kg，升温至880℃；
（3）在惰性气体的气氛下依次加入颜料0.05kg、镍0.02kg、氟锆酸钾0.5kg，在1000℃、60Mpa下混合20分钟，在真空条件下在950℃保温10分钟，在650℃保温10分钟，在450℃保温10分钟，在300℃保温10分钟，得到陶瓷复合材料。
制得陶瓷复合材料的性能测试结果如表1所示。
实施例4
（1）称取三氧化二铝80kg、氮化硅6kg、锰0.8kg、八苯基环四硅氧烷0.2kg、泡沫镍0.32kg、镁0.14kg、钴0.6kg和硅0.22kg，在惰性气体的气氛下加热到800℃，混合均匀；
（2）将步骤1的产物，在惰性气体的气氛下加入充分球磨的硅藻土10kg、铝酸钙0.5kg、偏硼酸钡0.32kg，升温至880℃；
（3）在惰性气体的气氛下依次加入颜料0.05kg、镍0.02kg、氟锆酸钾0.5kg，在1000℃、60Mpa下混合20分钟，在真空条件下在950℃保温10分钟，在650℃保温10分钟，在450℃保温10分钟，在300℃保温10分钟，得到陶瓷复合材料。
制得陶瓷复合材料的性能测试结果如表1所示。
实施例5
（1）称取三氧化二铝75kg、氮化硅4kg、锰0.6kg、八苯基环四硅氧烷0.4kg、泡沫镍0.28kg、镁0.13kg、钴0.3kg和硅0.11kg，在惰性气体的气氛下加热到750℃，混合均匀；
（2）将步骤1的产物，在惰性气体的气氛下加入充分球磨的硅藻土9kg、铝酸钙0.4kg、偏硼酸钡0.26kg，升温至860℃；
（3）在惰性气体的气氛下依次加入颜料0.02kg、镍0.01kg、氟锆酸钾0.3kg，在970℃、40Mpa下混合15分钟，在真空条件下在900℃保温7分钟，在620℃保温7分钟，在420℃保温7分钟，在250℃保温7分钟，得到陶瓷复合材料。
制得陶瓷复合材料的性能测试结果如表1所示。
对比例1
（1）称取三氧化二铝80kg、氮化硅6kg、锰0.8kg、泡沫镍0.32kg、镁0.14kg、钴0.6kg和硅0.22kg，在惰性气体的气氛下加热到800℃，混合均匀；
（2）将步骤1的产物，在惰性气体的气氛下加入充分球磨的硅藻土10kg、铝酸钙0.5kg、偏硼酸钡0.32kg，升温至880℃；
（3）在惰性气体的气氛下依次加入颜料0.05kg、镍0.02kg、氟锆酸钾0.5kg，在1000℃、60Mpa下混合20分钟，在真空条件下在950℃保温10分钟，在650℃保温10分钟，在450℃保温10分钟，在300℃保温10分钟，得到陶瓷复合材料。
制得陶瓷复合材料的性能测试结果如表1所示。
对比例2
（1）称取三氧化二铝80kg、氮化硅6kg、锰0.8kg、八苯基环四硅氧烷0.5kg、泡沫镍0.32kg、镁0.14kg、钴0.6kg和硅0.22kg，在惰性气体的气氛下加热到800℃，混合均匀；
（2）将步骤1的产物，在惰性气体的气氛下加入充分球磨的硅藻土10kg、铝酸钙0.5kg、偏硼酸钡0.32kg，升温至880℃；
（3）在惰性气体的气氛下依次加入颜料0.05kg、镍0.02kg，在1000℃、60Mpa下混合20分钟，在真空条件下在950℃保温10分钟，在650℃保温10分钟，在450℃保温10分钟，在300℃保温10分钟，得到陶瓷复合材料。
制得陶瓷复合材料的性能测试结果如表1所示。
对比例3
（1）称取三氧化二铝80kg、氮化硅6kg、锰0.8kg、八苯基环四硅氧烷0.5kg、泡沫镍0.32kg、镁0.14kg和硅0.22kg，在惰性气体的气氛下加热到800℃，混合均匀；
（2）将步骤1的产物，在惰性气体的气氛下加入充分球磨的硅藻土10kg、铝酸钙0.5kg、偏硼酸钡0.32kg，升温至880℃；
（3）在惰性气体的气氛下依次加入颜料0.05kg、镍0.02kg、氟锆酸钾0.5kg，在1000℃、60Mpa下混合20分钟，在真空条件下在950℃保温10分钟，在650℃保温10分钟，在450℃保温10分钟，在300℃保温10分钟，得到陶瓷复合材料。
制得陶瓷复合材料的性能测试结果如表1所示。
表1
| 测试项目 | 硬度(GPa) | 断裂韧性(MPa·m0.5) |
| 实施例1 | 31.9 | 4.5 |
| 实施例2 | 32.5 | 4.8 |
| 实施例3 | 33.1 | 4.8 |
| 实施例4 | 32.2 | 4.9 |
| 实施例5 | 29.9 | 4.8 |
| 对比例1 | 13.5 | 2.5 |
| 对比例2 | 11.9 | 2.7 |
| 对比例3 | 12.2 | 2.8 |
本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种陶瓷复合材料，其特征在于，由包含以下重量份的组分制成：
三氧化二铝70-80份，
硅藻土8-10份，
氮化硅2-6份，
锰0.5-0.8份，
铝酸钙0.3-0.5份，
八苯基环四硅氧烷0.2-0.5份，
氟锆酸钾0.2-0.5份，
泡沫镍0.2-0.32份，
偏硼酸钡0.2-0.32份，
镁0.11-0.14份，
钴0.02-0.6份，
硅0.02-0.22份。
2.根据权利要求1所述陶瓷复合材料，其特征在于，所述组分还包括颜料0-0.05重量份。
3.根据权利要求1所述陶瓷复合材料，其特征在于，所述组分还包括镍0-0.02重量份。
4.一种陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
（1）称取三氧化二铝70-80重量份、氮化硅2-6重量份、锰0.5-0.8重量份、八苯基环四硅氧烷0.2-0.5重量份、泡沫镍0.2-0.32重量份、镁0.11-0.14重量份、钴0.02-0.6重量份和硅0.02-0.22重量份，在惰性气体的气氛下加热到700-800℃，混合均匀；
（2）将步骤1的产物，在惰性气体的气氛下加入充分球磨的硅藻土8-10重量份、铝酸钙0.3-0.5重量份、偏硼酸钡0.2-0.32重量份，升温至850-880℃；
（3）在惰性气体的气氛下依次加入颜料0-0.05重量份、镍0-0.02重量份、氟锆酸钾0.2-0.5重量份，混合10-20分钟，在真空条件下逐步降温，得到陶瓷复合材料。
5.根据权利要求4所述的陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）的混合条件为950-1000℃温度、30-60Mpa压强。
6.根据权利要求5所述的陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，所述逐步降温的过程具体包括：在800-950℃保温5-10分钟，在600-650℃保温5-10分钟，在400-450℃保温5-10分钟，在200-300℃保温5-10分钟。
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