CN110642609A - 一种高致密氧化铝/max相复合材料及其原位合成方法 - Google Patents
一种高致密氧化铝/max相复合材料及其原位合成方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110642609A CN110642609A CN201911003463.2A CN201911003463A CN110642609A CN 110642609 A CN110642609 A CN 110642609A CN 201911003463 A CN201911003463 A CN 201911003463A CN 110642609 A CN110642609 A CN 110642609A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- powder
- alumina
- composite material
- max phase
- temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/56—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
- C04B35/5607—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on refractory metal carbides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/56—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
- C04B35/5607—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on refractory metal carbides
- C04B35/5611—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on refractory metal carbides based on titanium carbides
- C04B35/5615—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on refractory metal carbides based on titanium carbides based on titanium silicon carbides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/64—Burning or sintering processes
- C04B35/65—Reaction sintering of free metal- or free silicon-containing compositions
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
- C04B2235/3817—Carbides
- C04B2235/3826—Silicon carbides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
- C04B2235/3852—Nitrides, e.g. oxynitrides, carbonitrides, oxycarbonitrides, lithium nitride, magnesium nitride
- C04B2235/3886—Refractory metal nitrides, e.g. vanadium nitride, tungsten nitride
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/40—Metallic constituents or additives not added as binding phase
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/40—Metallic constituents or additives not added as binding phase
- C04B2235/404—Refractory metals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/42—Non metallic elements added as constituents or additives, e.g. sulfur, phosphor, selenium or tellurium
- C04B2235/422—Carbon
- C04B2235/425—Graphite
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/74—Physical characteristics
- C04B2235/77—Density
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
本发明属于陶瓷复合材料的制备技术领域,具体涉及一种高致密氧化铝/MAX相复合材料及其原位合成方法。所述的M为Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Sc、Cr、Mo;A为Si、Al、Ge、Sn、Pb、P、S、Ga、As、Cd、In、Tl中的一种;X为C、N。将M粉、A1粉、A粉、X粉或者含有M、A1、A、X元素的化合物与氧化铝粉混合,加入酒精,球磨,干燥,过筛;1200 ℃‑1600 ℃的条件下烧结,保温0.5‑4 h,升温速率为5‑20 ℃/min,得到复合材料。此复合材料纯度高,并且抗弯强度、断裂韧性、显微硬度等各项力学性能以及抗氧化性能均有很大提高。
Description
技术领域
本发明属于陶瓷复合材料的制备技术领域,具体涉及一种高致密氧化铝/MAX相复合材料及其原位合成方法。
背景技术
氧化铝是陶瓷产品中应用最广泛的材料之一,具有高熔点、高强度、高硬度、高抗氧化、耐高温等优良性能。主要用于陶瓷基复合材料的基体相。但氧化铝陶瓷的低韧性限制了其应用。MAX相是指三元过渡族金属碳化物或氮化物,其化学通式为“Mn+1AXn”,其中M代表过渡族金属元素,A代表ⅢA或ⅣA族元素,X代表C或N, n=1~3。目前,已被合成研究的MAX相多达50多种,常见的有Ti2AlC、Ti3SiC2、Ti3AlC2、Cr2AlC等。在MAX相的晶体中,M、X由较强的共价键相连接形成M6X八面体,M、A之间以结合度较弱的金属键相连接,MX片层则与A原子层交替堆叠形成特殊的层状结构。MAX相陶瓷具有密度低、屈服强度高、易加工等优点,兼具金属和陶瓷的特点,其特有的层状结构使其成为一种潜在的结构材料。因此,将氧化铝与MAX相结合使用,以期获得集优异机械性能与化学性能于一体的新型结构功能材料。
由于MAX相A位元素绝大多数为金属,其熔点较低,以至于在原位反应合成MAX相过程中A位元素会出现蒸发损失的现象。导致化学计量配比失衡。而且由于氧化铝的加入阻碍了MAX相陶瓷合成原料的充分反应,容易生成MX、MA2等杂质,导致MAX相的含量较低。
发明内容
针对现阶段氧化铝/MAX相复合材料合成中存在的问题,考虑到MAX相具有类似的晶体结构和相近的理化特性,通过添加不同于MAX相A位元素的另一种A1位元素(此处命名为A1),使其形成A-A1固溶体,制备出了一种A1元素增强氧化铝/MAX相复合材料。此复合材料纯度高,并且抗弯强度、断裂韧性、显微硬度等各项力学性能以及抗氧化性能均有很大提高。
一种高致密氧化铝/MAX相复合材料,其中M为Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Sc、Cr、Mo;A为Si、Al、Ge、Sn、Pb、P、S、Ga、As、Cd、In、Tl中的一种;X为C、N。
一种高致密氧化铝/MAX相复合材料,原料包括:M粉、A粉、A1粉和X粉或者M、A、A1、X组成的化合物和氧化铝粉;所述的A、A1取自Si、Al、Ge、Sn、Pb、P、S、Ca、As、Cd、In、Tl中的两种。
上述高致密氧化铝/MAX相复合材料的原位合成方法,包括以下步骤:
(1)混合:将M粉、A1粉、A粉、X粉或者含有M、A1、A、X元素的化合物与氧化铝粉混合,加入酒精,球磨,干燥,过筛;
(2)烧结:在1200 ℃-1600 ℃的条件下烧结,保温0.5-4 h,升温速率为5-20 ℃/min,得到样品。
所述的步骤(1)中M粉的粒径为1-5 μm;X粉的粒径为6000-8000目;A粉的粒径为1~5 μm;A1粉的粒径为1~20 μm;含有M、A1、A、X元素的化合物的粒径1-5 μm;氧化铝的粒径为0.3-0.7 μm,纯度均为99.9 %。
所述的步骤(1)中氧化铝与MAX相的体积比为8-2:2-8;
所述的步骤(1)中若为M3AX2相,则M粉:X粉:A粉:A1粉的摩尔比为21-12:14-8:7-4:3-1;若为M2AX1相,则M粉:X粉:A粉:A1粉的摩尔比为14-8:7-4:7-4:3-1;若为M4AX3相,则M粉:X粉:A粉:A1粉的摩尔比为28-16:21-12:7-4:3-1。
采用上述方法制备的高致密氧化铝/MAX相复合材料。
MAX相A1元素增强氧化铝/MAX相复合材料原因:一是A1元素在高温下可以形成液相,促进烧结提高氧化铝/MAX相复合材料的整体密度,二是A1元素的添加使得氧化铝、MAX相晶粒细化。这主要是因为流动性良好的A1熔体有助于材料烧结过程中原位反应生成MAX相晶粒的均匀分布。因此MAX相可以与氧化铝充分接触,避免了氧化铝晶粒的团聚。且原位反应过程中新相的形成会不断消耗能量,使氧化铝晶界两侧的自由焓之差减小,抑制了氧化铝晶粒平均粒径的增大,三是大大提高氧化铝/MAX相的纯度。A1位元素可以与A元素发生取代,弥补A的蒸发损失,促进MAX相的生成。而且A1一旦与A元素发生取代,将稳定MAX相结构,抑制MAX相的分解。四是A1元素的添加提高了氧化铝/MAX相复合材料的高温抗氧化能力,在高温时,A1元素会优先与氧反应生成一层氧化膜,阻碍了基体与外界的物质交换,提高了氧化反应活化能。
附图说明
图1为实施例1、对比例1、对比例2的产物的XRD图谱;
图2为氧化铝/钛硅碳复合材料的断面SEM图谱:(a)对比例1,(b)对比例2(c)实例1。
本发明的有益效果
1.性能稳定
A1位元素可以与A元素发生取代,弥补A的蒸发损失,促进MAX相的生成;A1元素一旦与A元素发生取代,将稳定MAX相结构,抑制MAX相的分解;A1元素的添加提高了氧化铝/MAX相复合材料的高温抗氧化能力,在高温时,A1元素会优先与氧反应生成一层氧化膜,阻碍了基体与外界的物质交换,提高了氧化反应活化能。此复合材料纯度高,并且抗弯强度、断裂韧性、显微硬度等各项力学性能以及抗氧化性能均有很大提高。
2. 工艺简单
本发明采用常规的制备工艺,操作条件简单,易于工业化生产。
具体实施方式
下面通过实例对本发明做进一步地阐述,需要强调的是,下述说明仅是为了解释本发明,并不对其内容进行限定。
实施例1
一种高致密氧化铝/MAX相复合材料的原位合成方法,包括以下步骤:
(1)将氧化铝和钛硅碳(Ti3SiC2)按体积比6:4配置,钛硅碳原料粉包括1-5 μm钛粉、1-5 μm碳化硅粉、6000-8000目石墨粉、掺杂1-20 μm锗粉按摩尔比30:10:10:3,粉末共称取40g,将粉末与氧化铝研磨球80g、无水乙醇40g置入树聚四氟乙烯磨罐中,用玻璃棒搅拌,配制出混合浆料。
(2)将步骤(1)配制的混合液放入行星式球磨罐,设置球磨速度200r/分钟,球磨时间4小时,得到混合溶液。
(3)将步骤(2)中溶液倒入托盘中,放入干燥机干燥4小时,得到混合的原材料粉末。
(4)将步骤(3)得到的混合粉末称取30g,装入直经45mm石墨模具,放入真空热压炉烧结成型,以10°C /分钟的升温速率升至1200°C ,再以5°C /分钟的升温速率升至1450°C,在1450°C时保温90分钟,烧结压力为30 MPa,温度升至1300°C前开启加压程序,保压90分钟。保温加压程序结束后随炉降温,得到块状氧化铝/钛硅碳复合材料。
实施例2
一种高致密氧化铝/MAX相复合材料的原位合成方法,包括以下步骤:
(1)将氧化铝和钛硅碳(Ti3SiC2)按体积比6:4配制,钛硅碳原料粉为1-5 μm的钛粉、1~5 μm的碳化硅粉、6000-8000目的石墨粉、掺杂1~20 μm的铝粉按摩尔比15:5:5:1,粉末共称取40g,将粉末与氧化铝研磨球80g、无水乙醇40g置入树聚四氟乙烯磨罐中,用玻璃棒搅拌,配制出混合浆料。
(2)将步骤(1)配制的混合液放入行星式球磨罐,设置球磨速度200r/分钟,球磨时间4小时,得到混合溶液。
(3)将步骤(2)中溶液倒入托盘中,放入干燥机干燥4小时,得到混合的原材料粉末。
(4)将步骤(3)得到的混合粉末称取30g,装入直经45mm石墨模具,放入真空热压炉烧结成型,以10°C /分钟的升温速率升至1200°C ,再以5°C /分钟的升温速率升至1450°C,在1450°C时保温90分钟,烧结压力为30 MPa,温度升至1300°C前开启加压程序,保压90分钟。保温加压程序结束后随炉降温,得到块状氧化铝/钛硅碳复合材料。
实施例3
一种高致密氧化铝/MAX相复合材料的原位合成方法,包括以下步骤:
(1)将氧化铝和钽铝碳(Ta2AlC)按体积比3:7配置,钽铝碳原料粉包括1~5 μm钽粉、1~5 μm铝粉、6000-8000目的石墨粉以及掺杂1~20 μm铅粉按摩尔比10:5:5:1,粉末共称取40g,将粉末与氧化铝研磨球80g、无水乙醇40g置入树聚四氟乙烯磨罐中,用玻璃棒搅拌,配制出混合浆料。
(2)将步骤(1)配制的混合液放入行星式球磨罐,设置球磨速度200r/分钟,球磨时间4小时,得到混合溶液。
(3)将步骤(2)中溶液倒入托盘中,放入干燥机干燥4小时,得到混合的原材料粉末。
(4)将步骤(3)得到的混合粉末称取30g,装入直经45mm石墨模具,放入真空热压炉烧结成型,以10°C /分钟的升温速率升至1200°C ,再以5°C /分钟的升温速率升至1400°C,在1400°C时保温120分钟,烧结压力为30 MPa,温度升至1250°C前开启加压程序,保压120分钟。保温加压程序结束后随炉降温,得到块状氧化铝/钽铝碳复合材料。
实施例4
一种高致密氧化铝/MAX相复合材料的原位合成方法,包括以下步骤:
(1)将氧化铝和钛锡碳(Ti3SnC2)按体积比5:5配置,钛锡碳原料粉包括6000-8000目的碳化钛粉、1-5 μm的钛粉、1-5 μm的锡粉以及1-20 μm掺杂硅粉按摩尔比10:5:5:2,粉末共称取40g,将粉末与氧化铝研磨球80g、无水乙醇40g置入树聚四氟乙烯磨罐中,用玻璃棒搅拌,配制出混合浆料。
(2)将步骤(1)配制的混合液放入行星式球磨罐,设置球磨速度200r/分钟,球磨时间4小时,得到混合溶液。
(3)将步骤(2)中溶液倒入托盘中,放入干燥机干燥4小时,得到混合的原材料粉末。
(4)将步骤(3)得到的混合粉末称取30g,装入直经45mm石墨模具,放入真空热压炉烧结成型,以10°C /分钟的升温速率升至1200°C ,再以5°C /分钟的升温速率升至1350°C,在1350°C时保温90分钟,烧结压力为30 MPa,温度升至1200°C前开启加压程序,保压90分钟。保温加压程序结束后随炉降温,得到块状氧化铝/钛锡碳复合材料。
实施例5
一种高致密氧化铝/MAX相复合材料的原位合成方法,包括以下步骤:
(1)将氧化铝和钛镓氮(Ti4GaN3)按体积比5:5配置,钛镓氮原料粉包括6000-8000目的氮化钛、1~5 μm镓粉、1~5 μm钛粉以及掺杂1~20 μm铟粉按摩尔比15:5:5:1,粉末共称取40g,将粉末与氧化铝研磨球80g、无水乙醇40g置入树聚四氟乙烯磨罐中,用玻璃棒搅拌,配制出混合浆料。
(2)将步骤(1)配制的混合液放入行星式球磨罐,设置球磨速度200r/分钟,球磨时间4小时,得到混合溶液。
(3)将步骤(2)中溶液倒入托盘中,放入干燥机干燥4小时,得到混合的原材料粉末。
(4)将步骤(3)得到的混合粉末称取30g,装入直经45mm石墨模具,放入真空热压炉烧结成型,以10°C /分钟的升温速率升至1200°C ,再以5°C /分钟的升温速率升至1550°C,在1550°C时保温90分钟,烧结压力为30 MPa,温度升至1400°C前开启加压程序,保压90分钟。保温加压程序结束后随炉降温,得到块状氧化铝/钛镓氮复合材料。
实施例6
一种高致密氧化铝/MAX相复合材料的原位合成方法,包括以下步骤:
(1)将氧化铝和铌铝碳(Nb2AlC)按体积比4:6配置,铌铝碳原料粉包括1-5 μm铌粉、1-5 μm铝粉、6000-8000目石墨粉以及掺杂1-20 μm砷粉按摩尔比10:5:5:1,粉末共称取40g,将粉末与氧化铝研磨球80g、无水乙醇40g置入树聚四氟乙烯磨罐中,用玻璃棒搅拌,配制出混合浆料。
(2)将步骤(1)配制的混合液放入行星式球磨罐,设置球磨速度200r/分钟,球磨时间4小时,得到混合溶液。
(3)将步骤(2)中溶液倒入托盘中,放入干燥机干燥4小时,得到混合的原材料粉末。
(4)将步骤(3)得到的混合粉末称取30g,装入直经45mm石墨模具,放入真空热压炉烧结成型,以10°C /分钟的升温速率升至1200°C ,再以5°C /分钟的升温速率升至1400°C,在1400°C时保温120分钟,烧结压力为30 MPa,温度升至1250°C前开启加压程序,保压120分钟。保温加压程序结束后随炉降温,得到块状氧化铝/铌铝碳复合材料。
实施例7
一种高致密氧化铝/MAX相复合材料的原位合成方法,包括以下步骤:
(1)将氧化铝和钛铝碳(Ti3AlC2)按体积比3:7,钛铝碳原料粉包括6000-8000目碳化钛粉、1-5 μm钛粉、1-5 μm铝粉以及掺杂1-20 μm硅粉按摩尔比10:5:5:1,粉末共称取40g,将粉末与氧化铝研磨球80g、无水乙醇40g置入树聚四氟乙烯磨罐中,用玻璃棒搅拌,配制出混合浆料。
(2)将步骤(1)配制的混合液放入行星式球磨罐,设置球磨速度200r/分钟,球磨时间4小时,得到混合溶液。
(3)将步骤(2)中溶液倒入托盘中,放入干燥机干燥4小时,得到混合的原材料粉末。
(4)将步骤(3)得到的混合粉末称取30g,装入直经45mm石墨模具,放入真空热压炉烧结成型,以10°C /分钟的升温速率升至1200°C ,再以5°C /分钟的升温速率升至1450°C,在1450°C时保温90分钟,烧结压力为30 MPa,温度升至1300°C前开启加压程序,保压90分钟。保温加压程序结束后随炉降温,得到块状氧化铝/钛铝碳复合材料。
实施例8
一种高致密氧化铝/MAX相复合材料的原位合成方法,包括以下步骤:
(1)将氧化铝和铬铝碳(Cr2AlC)按体积比4:6,铬铝碳原料粉包括1-5 μm铬粉、1-5 μm铝粉、6000-8000目石墨粉以及掺杂1-20 μm铊粉按摩尔比20:10:10:3,粉末共称取40g,将粉末与氧化铝研磨球80g、无水乙醇40g置入树聚四氟乙烯磨罐中,用玻璃棒搅拌,配制出混合浆料。
(2)将步骤(1)配制的混合液放入行星式球磨罐,设置球磨速度200r/分钟,球磨时间4小时,得到混合溶液。
(3)将步骤(2)中溶液倒入托盘中,放入干燥机干燥4小时,得到混合的原材料粉末。
(4)将步骤(3)得到的混合粉末称取30g,装入直经45mm石墨模具,放入真空热压炉烧结成型,以10°C /分钟的升温速率升至1200°C ,再以5°C /分钟的升温速率升至1400°C,在1400°C时保温90分钟,烧结压力为30 MPa,温度升至1250°C前开启加压程序,保压90分钟。保温加压程序结束后随炉降温,得到块状氧化铝/铬铝碳复合材料。
实施例9
一种高致密氧化铝/MAX相复合材料的原位合成方法,包括以下步骤:
(1)将氧化铝和钛锗碳(Ti3GeC2)按体积比5:5配置,钛锗碳原料粉包括1-5 μm钛粉、1-5 μm锗粉、6000-8000目石墨粉以及掺杂1-20 μm铝粉按摩尔比15:5:10:1,粉末共称取40g,将粉末与氧化铝研磨球80g、无水乙醇40g置入树聚四氟乙烯磨罐中,用玻璃棒搅拌,配制出混合浆料。
(2)将步骤(1)配制的混合液放入行星式球磨罐,设置球磨速度200r/分钟,球磨时间4小时,得到混合溶液。
(3)将步骤(2)中溶液倒入托盘中,放入干燥机干燥4小时,得到混合的原材料粉末。
(4)将步骤(3)得到的混合粉末称取30g,装入直经45mm石墨模具,放入真空热压炉烧结成型,以10°C /分钟的升温速率升至1200°C ,再以5°C /分钟的升温速率升至1450°C,在1450°C时保温90分钟,烧结压力为30 MPa,温度升至1300°C前开启加压程序,保压90分钟。保温加压程序结束后随炉降温,得到块状氧化铝/钛锗碳复合材料。
实施例10
一种高致密氧化铝/MAX相复合材料的原位合成方法,包括以下步骤:
(1)将氧化铝和钒磷碳(V2PC)按体积比3:7配置,钒磷碳原料粉包括1-5 μm钒粉、1-5 μm磷粉、6000-8000目石墨粉以及掺杂1-20 μm砷粉按摩尔比10:5:5:2,粉末共称取40g,将粉末与氧化铝研磨球80g、无水乙醇40g置入树聚四氟乙烯磨罐中,用玻璃棒搅拌,配制出混合浆料。
(2)将步骤(1)配制的混合液放入行星式球磨罐,设置球磨速度200r/分钟,球磨时间4小时,得到混合溶液。
(3)将步骤(2)中溶液倒入托盘中,放入干燥机干燥4小时,得到混合的原材料粉末。
(4)将步骤(3)得到的混合粉末称取30g,装入直经45mm石墨模具,放入真空热压炉烧结成型,以10°C /分钟的升温速率升至1200°C ,再以5°C /分钟的升温速率升至1450°C,在1450°C时保温60分钟,烧结压力为30 MPa,温度升至1300°C前开启加压程序,保压60分钟。保温加压程序结束后随炉降温,得到块状氧化铝/钒磷碳复合材料。将块状样品用切割机加工成条状样品,然后进行抛光打磨测试其力学性能。
实施例11
一种高致密氧化铝/MAX相复合材料的原位合成方法,包括以下步骤:
(1)将氧化铝和铪锡碳(Hf2SnC)按体积比4:6配置,铪锡碳原料粉包括1-5 μm铪粉、1-5μm锡粉、6000-8000目石墨粉以及掺杂1-20 μm硫粉按摩尔比10:5:5:2,粉末共称取40g,将粉末与氧化铝研磨球80g、无水乙醇40g置入树聚四氟乙烯磨罐中,用玻璃棒搅拌,配制出混合浆料。
(2)将步骤(1)配制的混合液放入行星式球磨罐,设置球磨速度200r/分钟,球磨时间4小时,得到混合溶液。
(3)将步骤(2)中溶液倒入托盘中,放入干燥机干燥4小时,得到混合的原材料粉末。
(4)将步骤(3)得到的混合粉末称取30g,装入直经45mm石墨模具,放入真空热压炉烧结成型,以10°C /分钟的升温速率升至1200°C ,再以5°C /分钟的升温速率升至1250°C,在1250°C时保温60分钟,烧结压力为30 MPa,温度升至1000°C前开启加压程序,保压60分钟。保温加压程序结束后随炉降温,得到块状氧化铝/铪锡碳复合材料。
实施例12
一种高致密氧化铝/MAX相复合材料的原位合成方法,包括以下步骤:
(1)将氧化铝和锆铟碳(Zr2InC)按体积比5:5配置,铪锡碳原料粉包括1-5 μm锆粉、1-5μm铟粉、6000-8000目石墨粉以及掺杂1-20 μm铊粉按摩尔比10:5:5:1,粉末共称取40g,将粉末与氧化铝研磨球80g、无水乙醇40g置入树聚四氟乙烯磨罐中,用玻璃棒搅拌,配制出混合浆料。
(2)将步骤(1)配制的混合液放入行星式球磨罐,设置球磨速度200r/分钟,球磨时间4小时,得到混合溶液。
(3)将步骤(2)中溶液倒入托盘中,放入干燥机干燥4小时,得到混合的原材料粉末。
(4)将步骤(3)得到的混合粉末称取30g,装入直经45mm石墨模具,放入真空热压炉烧结成型,以10°C /分钟的升温速率升至1300°C ,再以5°C /分钟的升温速率升至1300°C,在1300°C时保温60分钟,烧结压力为30 MPa,温度升至1100°C前开启加压程序,保压60分钟。保温加压程序结束后随炉降温,得到块状氧化铝/锆铟碳复合材料。
对比例1
一种高致密氧化铝/MAX相复合材料的原位合成方法,包括以下步骤:
(1)将氧化铝和钛硅碳(Ti3SiC2)按体积比6:4配置,钛硅碳原料粉包括1-5 μm钛粉、1-5 μm碳化硅粉、6000-8000目石墨粉按摩尔比30:10:10,粉末共称取40g,将粉末与氧化铝研磨球80g、无水乙醇40g置入树聚四氟乙烯磨罐中,用玻璃棒搅拌,配制出混合浆料。
(2)将步骤(1)配制的混合液放入行星式球磨罐,设置球磨速度200r/分钟,球磨时间4小时,得到混合溶液。
(3)将步骤(2)中溶液倒入托盘中,放入干燥机干燥4小时,得到混合的原材料粉末。
(4)将步骤(3)得到的混合粉末称取30g,装入直经45mm石墨模具,放入真空热压炉烧结成型,以10°C /分钟的升温速率升至1200°C ,再以5°C /分钟的升温速率升至1450°C,在1450°C时保温90分钟,烧结压力为30 MPa,温度升至1350°C前开启加压程序,保压90分钟。保温加压程序结束后随炉降温,得到块状氧化铝/钛硅碳复合材料。
对比例2
一种高致密氧化铝/MAX相复合材料的原位合成方法,包括以下步骤:
(1)将氧化铝和钛硅碳(Ti3SiC2)按体积比6:4配置,钛硅碳原料粉包括1-5 μm钛粉、1-5 μm碳化硅粉、6000-8000目石墨粉按摩尔比30:13:10,粉末共称取40g,将粉末与氧化铝研磨球80g、无水乙醇40g置入树聚四氟乙烯磨罐中,用玻璃棒搅拌,配制出混合浆料。
(2)将步骤(1)配制的混合液放入行星式球磨罐,设置球磨速度200r/分钟,球磨时间4小时,得到混合溶液。
(3)将步骤(2)中溶液倒入托盘中,放入干燥机干燥4小时,得到混合的原材料粉末。
(4)将步骤(3)得到的混合粉末称取30g,装入直经45mm石墨模具,放入真空热压炉烧结成型,以10°C /分钟的升温速率升至1200°C ,再以5°C /分钟的升温速率升至1450°C,在1450°C时保温90分钟,烧结压力为30 MPa,温度升至1300°C前开启加压程序,保压90分钟。保温加压程序结束后随炉降温,得到块状氧化铝/钛硅碳复合材料。
对比例3
一种高致密氧化铝/MAX相复合材料的原位合成方法,包括以下步骤:
(1)将氧化铝和钛硅碳(Ti3SiC2)按体积比6:4配置,钛硅碳原料粉包括1-5 μm钛粉、1-5 μm碳化硅粉、6000-8000目石墨粉、掺杂1-20 μm锗粉按摩尔比30:10:10:1,粉末共称取40g,将粉末与氧化铝研磨球80g、无水乙醇40g置入树聚四氟乙烯磨罐中,用玻璃棒搅拌,配制出混合浆料。
(2)将步骤(1)配制的混合液放入行星式球磨罐,设置球磨速度200r/分钟,球磨时间4小时,得到混合溶液。
(3)将步骤(2)中溶液倒入托盘中,放入干燥机干燥4小时,得到混合的原材料粉末。
(4)将步骤(3)得到的混合粉末称取30g,装入直经45mm石墨模具,放入真空热压炉烧结成型,以10°C /分钟的升温速率升至1200°C ,再以5°C /分钟的升温速率升至1450°C,在1450°C时保温90分钟,烧结压力为30 MPa,温度升至1300°C前开启加压程序,保压90分钟。保温加压程序结束后随炉降温,得到块状氧化铝/钛硅碳复合材料。
对比例4
一种高致密氧化铝/MAX相复合材料的原位合成方法,包括以下步骤:
(1)将氧化铝和钛硅碳(Ti3SiC2)按体积比6:4配置,钛硅碳原料粉包括1-5 μm钛粉、1-5 μm碳化硅粉、6000-8000目石墨粉、掺杂1-20 μm锗粉按摩尔比6:2:2:1,粉末共称取40g,将粉末与氧化铝研磨球80g、无水乙醇40g置入树聚四氟乙烯磨罐中,用玻璃棒搅拌,配制出混合浆料。
(2)将步骤(1)配制的混合液放入行星式球磨罐,设置球磨速度200r/分钟,球磨时间4小时,得到混合溶液。
(3)将步骤(2)中溶液倒入托盘中,放入干燥机干燥4小时,得到混合的原材料粉末。
(4)将步骤(3)得到的混合粉末称取30g,装入直经45mm石墨模具,放入真空热压炉烧结成型,以10°C /分钟的升温速率升至1200°C ,再以5°C /分钟的升温速率升至1450°C,在1450°C时保温90分钟,烧结压力为30 MPa,温度升至1300°C前开启加压程序,保压90分钟。保温加压程序结束后随炉降温,得到块状氧化铝/钛硅碳复合材料。
将实施例1-12及对比例1-4制得的块状样品用切割机加工成条状样品,然后进行抛光打磨测试其力学性能。结果见表1。
表1实施例1-12及对比例1-4制得的块状样品的力学性能分析结果
Claims (7)
1.一种高致密氧化铝/MAX相复合材料,其特征在于,所述的M为Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Sc、Cr、Mo;A为Si、Al、Ge、Sn、Pb、P、S、Ga、As、Cd、In、Tl中的一种;X为C、N。
2.根据权利要求1所述的一种高致密氧化铝/MAX相复合材料,其特征在于,原料包括:M粉、A粉、A1粉和X粉或者M、A、A1、X组成的化合物和氧化铝粉;所述的A、A1取自Si、Al、Ge、Sn、Pb、P、S、Ca、As、Cd、In、Tl中的两种。
3.权利要求1所述的高致密氧化铝/MAX相复合材料的原位合成方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)混合:将M粉、A1粉、A粉、X粉或者含有M、A1、A、X元素的化合物与氧化铝粉混合,加入酒精,球磨,干燥,过筛;
(2)烧结:在1200 ℃-1600 ℃的条件下烧结,保温0.5-4 h,升温速率为5-20 ℃/min,得到样品。
4. 根据权利要求3所述的原位合成方法,其特征在于,所述的步骤(1)中M粉的粒径为1-5 μm;X粉的粒径为6000-8000目;A粉的粒径为1~5 μm;A1粉的粒径为1~20 μm;含有M、A1、A、X元素的化合物的粒径1-5 μm;氧化铝的粒径为0.3-0.7 μm,纯度均为99.9 %。
5.根据权利要求3所述的原位合成方法,其特征在于,所述的步骤(1)中氧化铝与MAX相的体积比为8-2:2-8。
6.根据权利要求3所述的原位合成方法,其特征在于,所述的步骤(1)中若为M3AX2相,则M粉:X粉:A粉:A1粉的摩尔比为21-12:14-8:7-4:3-1;若为M2AX1相,则M粉:X粉:A粉:A1粉的摩尔比为14-8:7-4:7-4:3-1;若为M4AX3相,则M粉:X粉:A粉:A1粉的摩尔比为28-16:21-12:7-4:3-1。
7.采用权利要求3所述的原位合成方法制备的高致密氧化铝/MAX相复合材料。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201911003463.2A CN110642609A (zh) | 2019-10-22 | 2019-10-22 | 一种高致密氧化铝/max相复合材料及其原位合成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201911003463.2A CN110642609A (zh) | 2019-10-22 | 2019-10-22 | 一种高致密氧化铝/max相复合材料及其原位合成方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN110642609A true CN110642609A (zh) | 2020-01-03 |
Family
ID=68994498
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201911003463.2A Pending CN110642609A (zh) | 2019-10-22 | 2019-10-22 | 一种高致密氧化铝/max相复合材料及其原位合成方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN110642609A (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114671434A (zh) * | 2020-12-24 | 2022-06-28 | 苏州北科纳米科技有限公司 | 一种铝液浸泡MAX相制备抗氧化MXene的方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102933519A (zh) * | 2010-04-30 | 2013-02-13 | 独立行政法人物质·材料研究机构 | 取向性max相陶瓷及其制造方法 |
CN103113125A (zh) * | 2013-02-05 | 2013-05-22 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 层状化合物板状晶粒弥散增强的过渡金属碳化物复相材料及其超低温制备方法 |
US20170275205A1 (en) * | 2014-12-02 | 2017-09-28 | Refractory Intellectual Property Gmbh & Co. Kg | Refractory product, batch for producing the product, method for producing the product, and use of the product |
CN109180161A (zh) * | 2018-08-24 | 2019-01-11 | 济南大学 | 一种高纯钛硅化碳/氧化铝复合材料及其制备方法 |
CN109824365A (zh) * | 2019-04-01 | 2019-05-31 | 济南大学 | 一种原位合成钛硅碳/氧化铝复合材料的制备方法 |
-
2019
- 2019-10-22 CN CN201911003463.2A patent/CN110642609A/zh active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102933519A (zh) * | 2010-04-30 | 2013-02-13 | 独立行政法人物质·材料研究机构 | 取向性max相陶瓷及其制造方法 |
CN103113125A (zh) * | 2013-02-05 | 2013-05-22 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 层状化合物板状晶粒弥散增强的过渡金属碳化物复相材料及其超低温制备方法 |
US20170275205A1 (en) * | 2014-12-02 | 2017-09-28 | Refractory Intellectual Property Gmbh & Co. Kg | Refractory product, batch for producing the product, method for producing the product, and use of the product |
CN109180161A (zh) * | 2018-08-24 | 2019-01-11 | 济南大学 | 一种高纯钛硅化碳/氧化铝复合材料及其制备方法 |
CN109824365A (zh) * | 2019-04-01 | 2019-05-31 | 济南大学 | 一种原位合成钛硅碳/氧化铝复合材料的制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
DYLAN CUSKELLY ET AL.: "MAX phase – Alumina composites via elemental and exchange reactions in the Tin+1ACn systems(A=Al, Si,Ga,Ge,In and Sn)", 《 JOURNAL OF SOLID STATE CHEMISTRY》 * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114671434A (zh) * | 2020-12-24 | 2022-06-28 | 苏州北科纳米科技有限公司 | 一种铝液浸泡MAX相制备抗氧化MXene的方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110958995B (zh) | 用于制备非氧化物陶瓷粉末的方法 | |
Wang et al. | Solid–liquid reaction synthesis of layered machinable Ti 3 AlC 2 ceramic | |
JP5286469B2 (ja) | 炭化チタン粉末および炭化チタン−セラミックス複合粉末とその製造方法ならびにその炭化チタン粉末の焼結体および炭化チタン−セラミックス複合粉末の焼結体とその製造方法 | |
CN107973606B (zh) | 聚晶立方氮化硼、制备方法及其应用、包含该聚晶立方氮化硼的刀具 | |
KR20080108577A (ko) | 다결정성 연마 컴팩트 | |
WO1997018162A1 (en) | Synthesis of 312 phases and composites thereof | |
WO2009072834A2 (en) | Ti3alc2 composite materials with high strength and method of manufacturing the same | |
JPH0545554B2 (zh) | ||
CN101525235A (zh) | 多功能梯度复合陶瓷刀具材料的制备方法 | |
CN113416073B (zh) | 一种多相组成的钽/铌酸盐复合陶瓷及其制备方法 | |
JP3412381B2 (ja) | セラミックス複合材料 | |
CN113563074B (zh) | 一种两相钽酸钙陶瓷及其制备方法 | |
CN110642609A (zh) | 一种高致密氧化铝/max相复合材料及其原位合成方法 | |
CN1120817C (zh) | 一种原位热压固-液相反应制备钛碳化硅体材料的方法 | |
JP4362582B2 (ja) | 金属性セラミック焼結体チタンシリコンカーバイドの製造方法 | |
CN111763089A (zh) | 具有层状结构的三元硼化物陶瓷材料制备方法及其制品 | |
CN113416078B (zh) | 一种非化学计量比硼化钛及利用该非化学计量比硼化钛制备的高熵硼化物陶瓷 | |
Liang et al. | Fabrication and Wear Performance of (Cu–Sn) Solution/TiC x Bonded Diamond Composites | |
CN113582673A (zh) | 一种氧化铝/钛硅碳层状复合材料及其原位制备方法 | |
CN112830792A (zh) | 一种高硬度的铪基三元固溶体硼化物陶瓷及其制备方法和应用 | |
JP2008013395A (ja) | 結晶配向セラミックスの製造方法 | |
Millers et al. | Micromonocrystals of refractory compounds: composition, structure and properties | |
CN109650864B (zh) | 锶长石基复合陶瓷透波材料及其制备方法 | |
JP4601304B2 (ja) | アルミナ・ジルコニア系セラミックス及びその製法 | |
JPH055150A (ja) | 炭化ホウ素−反応性金属サーメツト |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200103 |