[发明专利]一种铝镁硼陶瓷材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝镁硼陶瓷材料的制备方法，属特种陶瓷复合材料的制备及应用的技术领域。

背景技术

铝镁硼陶瓷材料具有硬度高、耐磨性能好、化学稳定性好等特点，常在军事装备及高力学性能的机械设备上使用，但由于铝镁硼材料的韧性较低，限制了其应用范围。

    目前，制备铝镁硼陶瓷材料的方法有机械合金化热压烧结法、热处理法、析晶沉积法、金属盐制备法；机械合金化热压烧结法耗能高、球磨时淬火钢球造成的铁污染大、工艺过程复杂、难控制；热处理法耗能高、成本高、易引入杂质、显微硬度低；析晶沉积法和金属盐制备法虽然纯度高，也可避免原料由于高温长时间热处理生成的杂相，但耗能高、周期长、成本高；以上方法虽然也能制备铝镁硼陶瓷材料，但存在诸多技术上的不足和弊端。

发明内容

发明目的

本发明的目的是针对背景技术的不足，采用电场激活与压力辅助烧结相结合的方法制备铝镁硼陶瓷材料，以大幅度提高铝镁硼陶瓷材料的力学性能，扩大铝镁硼陶瓷材料的应用范围。

技术方案

本发明使用的化学物质材料为：硼粉、镁粉、铝粉、无水乙醇、氩气，其准备用量如下：以克、毫升、厘米³为计量单位

铝粉：Al  粉体颗粒直径≤2μm，0.4185g±0.0001g

镁粉：Mg  粉体颗粒直径≤74μm，0.3609g±0.0001g

硼粉：B   粉体颗粒直径≤60μm，2.0646g±0.0001g

无水乙醇：C₂H₅OH   100mL±1mL

氩气：Ar    100000cm³±100cm³

制备方法如下：

（1）精选化学物质材料：

对制备使用的化学物质材料要进行精选，并进行质量纯度控制：

铝粉：固态粉体  99.95%

镁粉：固态粉体  99.99%

硼粉：固态粉体  99% 

无水乙醇：液态液体    99%

氩气：气态气体     97%

（2）硼粉真空退火

将硼粉2.0646g±0.0001g置于石英容器中，然后置于真空退火炉内进行退火，退火温度1500℃,保温时间120min，真空度 10Pa，退火后使硼粉晶化； 

（3）配粉

在通入氩气的手套箱内配制铝粉、镁粉、硼粉成混合铝镁硼粉；

                                                    将密闭包装的铝粉、镁粉、硼粉分别置于手套箱中，将球磨罐置于手套箱中，并密闭； 

     抽取手套箱内空气，使箱内压强达1×10^-1Pa； 

     向箱内输入氩气，氩气输入速度20cm³/min；使箱内压强和室外大气压强相同，为一个标准大气压，并恒定；

     称取铝粉0.4185g、镁粉0.3609g、硼粉2.0646g，按质量比为：铝:镁:硼=1.16∶1∶5.72；

将铝粉、镁粉、硼粉放入球磨罐中，成铝镁硼混合粉，然后装入氧化锆研磨球，研磨球:混合粉=10∶1，并用石蜡封装；

（4）铝镁硼混合粉机械合金化

铝镁硼混合粉的机械合金化是在球磨机内进行的，是在氧化锆研磨球的研磨下完成的；

将装有铝镁硼混合粉和氧化锆研磨球的球磨罐装入球磨机上，进行球磨；

开启球磨机，球磨机转速为250r/min，球磨时间10h，通过氧化锆研磨球的碰撞、挤压研磨，铝镁硼混合粉颗粒发生塑形变形、断裂、焊合，原子间相互扩散，形成均匀混合粉末；

    （5）预压成型

   预制石墨模具，石墨模具为开合式，型腔为圆筒形，型腔内下部设石墨垫块，上部设石墨压块；

将铝镁硼混合粉加入石墨模具内，铝镁硼混合粉置于石墨垫块与石墨压块之间；

将石墨模具置于竖式压力机上进行预压制，压力机压强为15MPa，压制时间15s，预压制后成铝镁硼块体；

    （6）铝镁硼陶瓷材料的合成烧结

铝镁硼陶瓷材料块体的合成烧结是在竖式烧结炉内进行的，是在加热、加压、真空状态下完成的；