[发明专利]氧化铝/碳化钛微晶复相陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明叙述了一种耐磨耐蚀块体氧化铝/碳化钛微晶复相陶瓷及其制备方法。

背景技术

氧化铝/碳化钛复相陶瓷具有较高的硬度和强度、优良的耐腐蚀性能、较好的抗热冲击性及高温化学稳定性，被认为是一种优良的高温结构材料和抗磨材料。但韧性差困扰着其在工程方面的应用，微晶化可提高其断裂韧性同时其它力学性能也将有所改善，这必将拓宽其应用范围。氧化铝/碳化钛复相陶瓷可制作磨具、切割刀具，炼油设备、涡轮发动机、汽轮机、工业炉窑燃烧室等部件的耐磨涂层及高温结构材料，是具有重要应用前景的耐磨耐蚀结构陶瓷。

传统的制备氧化铝/碳化钛复相陶瓷的方法是：分别合成氧化铝和碳化钛粉体，氧化铝是将硫酸铝铵加热至1300℃分解获得的；将金红石和石墨粉混合后在电炉中加热到1800～2000℃，通过碳热还原法制备碳化钛。以上方法制备的粉体粒径通常处于微米级，合成的氧化铝和碳化钛粉体经粉碎(球磨)、混粉、造粒、成型、烧结等工序制成陶瓷烧结体。传统制备方法所需设备复杂、能耗高、生产周期长、成本高。目前，制备纳米、亚微米陶瓷粉的主要方法有溶胶凝胶法(Jiguang Li等人，Synthesis and sintering behavior of a nanocrystalline a Aluminiapowder，Acta Materilla，2000，48，3103～3112)、蒸发凝聚法、化学气相合成法(CVS)、激光气相合成法(LVS)、金属/有机化学气相渗透(MOCVI)(Chih-LungChen等人，Sintering behavior and mechanical properties of nano-sized Cr3C2/Al2O3composites prepared by MOCVI，Journal of the European Ceramic Society，2002，22，2883～2892)，这些方法均存在成本高、设备复杂、生产率低等问题，严重地影响了它的工业应用。

Limin Chen等人以粒径为500nm的TiO2粉、纳米石墨粉(20nm)和工业Al粉为原料，将混合反应物料加热至1000℃引发燃烧反应(热爆)，继续加热至1650℃，并原位热压制备块体氧化铝/碳化钛复相陶瓷(Reaction hot-pressedsub-micro Al2O3+TiC Ceramic composite，International Journal of Refractory Metal& Hard Materials，2000，18，163～167)。由于引燃温度高于铝的熔点，燃烧反应前铝在反应物中分布不均匀，反应转化不完全，需要在烧结过程中进一步反应，复相陶瓷中氧化铝和碳化钛分布不均匀，颗粒团聚严重造成晶粒尺寸较大且分布范围较宽，颗粒呈不规则形状。用该方法制备的块体陶瓷的组织均匀性差，孔隙率高，实验测得的力学性能数据较分散，因此，无法在工程上得到应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，而提供一种氧化铝/碳化钛微晶复相陶瓷及其制备方法。

本发明公开的氧化铝/碳化钛微晶复相陶瓷具有化学成分均匀、平均粒径小，颗粒尺寸分布窄，颗粒形状呈球状，颗粒表面形态差别小等特点。介绍了氧化铝/碳化钛复相陶瓷的低成本、低能耗制备方法，利用简单设备室温燃烧合成制备氧化铝/碳化钛亚微米复合粉体，采用真空热压烧结工艺制备致密的块体复相陶瓷。

一种氧化铝/碳化钛微晶复相陶瓷，其特征在于陶瓷的化学成分为：氧25.0～26.0wt％、铝28.1～29.2wt％、碳5.9～9.4wt％、钛37.5～38.9wt％；微观结构的陶瓷由氧化铝和碳化钛组成，重量百分含量为氧化铝53.15～55.24％、碳化钛44.76～46.85％。

氧化铝/碳化钛复相陶瓷的制备方法，具体包括：

A、燃烧合成制备氧化铝/碳化钛亚微米复合粉体

按质量比，碳粉∶铝粉∶二氧化钛粉为0.48～1∶3.33∶7.39的比例称取粉状原料，混合均匀，置于反应釜中，反应釜内通入氩气反复吹洗以排空其中的空气，通过加热通电的钨丝引发燃烧合成反应，得到氧化铝/碳化钛亚微米复合粉体；

B、热压烧结制备块体氧化铝/碳化钛复相陶瓷