[发明专利]一种氮化铝与二硼化钛复合陶瓷的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及陶瓷制备技术领域，具体涉及一种氮化铝与二硼化钛复合陶瓷的制备方法。

背景技术

目前国内外尚未见到利用真空金属浸渗法制备氮化铝与二硼化钛（AlN/TiB₂）复合陶瓷的任何报道。氮化铝与二硼化钛（AlN/TiB₂）复合陶瓷的制备工艺主要有：（1）以AlN、TiB₂为原料的热压烧结；（2）以Al、TiH和BN或以Al、TiN和BN为原料的反应热压烧结；（3）以AlN、TiB₂和Y₂O₃为原料的等离子放电烧结；（4）以AlN、TiB₂和Y₂O₃为原料的微波烧结；（5）AlN、TiB₂和Y₂O₃为原料的气压烧结；以上方法可制备出的AlN/TiB₂复合陶瓷材料，但原料成本高，工艺复杂，此外还有（6）以Al、N₂和TiB₂为原料的燃烧合成气相热等静压烧结等；此方法虽然反应时间短，制备速度快但烧结产品重现性差，不适合工业规模生产。而本方法对于氮化铝与二硼化钛（AlN/TiB₂）复合陶瓷的制备工艺简单，原料价格低廉，可操作前景广泛。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种氮化铝与二硼化钛复合陶瓷的制备方法。 

本发明的技术方案按以下二个工艺步骤进行：

第一步，制备氮化硼与二硼化钛预制体：首先将60~95wt%的氮化硼与5~40wt%的二硼化钛混合，制成配料，再向配料中加入粘接剂并混合均匀制成坯料，然后使坯料过筛后进行压制成型，然后将压制成型的坯料在真空条件下以10~40℃/min的升温速度从室温升温到1600~1900℃后，烧结1~4小时，最后使烧结后的坯料随炉冷却至室温，制备出氮化硼与二硼化钛预制体，

第二步，氮化铝与二硼化钛复合陶瓷的制备：将第一步制备的氮化硼与二硼化钛预制体放入坩埚中，并将质量为预制体质量的160~200%的Al锭放置在氮化硼与二硼化钛预制体上部，在真空条件下，以10~40℃/min的升温速度从室温升温到1100~1300℃后，保温2~8小时，使Al浸渗到氮化硼与二硼化钛预制体中后，随炉冷却至室温，制备出氮化铝与二硼化钛复合陶瓷；

所述的氮化硼与二硼化钛的混合采用干混方式，混合8~24小时；

所述的粘接剂为酚醛树脂-丙酮在室温下的饱和溶液，其加入量为配料质量的2~15%；

所述的坯料过筛的目数为60~100目；

所述的坯料压制成型压力为100~200 MPa，保压1min；

所述的将压制成型的坯料进行烧结是在真空度低于50Pa的条件下进行的；

所述的使Al浸渗到氮化硼与二硼化钛预制体中是在真空度低于50Pa的条件下进行的。

与现用技术相比，本发明的特点及其有益效果是：

1. 充分利用了产量大、成本相对低廉的BN和Al锭作为主原料，因此，有效地控制了生产成本；

2. 本发明由于利用真空金属浸渗工艺，使得既降低了氧对生产的干扰，又有效地使Al与BN充分接触，界面接触范围广，而浸渗温度不仅能够为金属Al的流动性提供帮助又恰好满足Al与BN反应生成AlN热力学基础，使得Al与BN的界面反应充分而有效。同时由于加入的TiB₂的增多，使得界面反应随之产生的少量AlB₁₂颗粒尺寸明显减小，有效地减小了颗粒之间由于外载荷加入容易造成的分叉开裂现象，使得机械性能明显增加；

3. 制备成功率高，重现率高，产品杂质少；

4. 该产品具有优良性能：（1）高致密性：复合陶瓷产品的致密度均在99%以上；（2）机械性能优异：抗折强度为51.77~284.03MPa，断裂韧性为2.91~4.63 MPa﹒m^1/2，硬度（HRC）为50~73.5；（3）由于含有导电性物质TiB₂，使得线切割等可加工性强。

附图说明

图1，实施例3制备的氮化铝与二硼化钛复合陶瓷的显微结构照片，其中1 AlN，2 TiB₂，3 AlB₁₂。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作详细说明，但本发明的保护范围不仅限于下述的实施例：