[发明专利]一种Al2O3-TiN-Al陶瓷复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无压浸渗工艺制备金属陶瓷复合材料的技术领域，具体说是一种Al₂O₃-TiN-Al陶瓷复合材料及其制备方法。

背景技术

无压浸渗工艺制备金属陶瓷复合材料是通过金属液体在多孔预制体骨架的毛细管力作用下渗入陶瓷颗粒间隙得到致密高强制品的一种方法。由于该方法工艺过程简单，而且无需特殊的真空或压力设备,具有较高的陶瓷增强相，且制得的复合材料性能优良,以及近成型加工等特点，近些年来受到国内外材料工作者的广泛重视。无压浸渗工艺经过多年的发展和完善，由最初制备Al₂O₃P/Al、SiC_P/Al、AlN/Al、B₄C/Al等铝基金属复合材料，逐步发展到制备Al₂O₃P/Si、TiC/Mg、MgOP/AlN等复合材料，甚至利用浸渗过程中的原位反应制备硼化物及金属间化合物基复合材料。

目前，非金属材料无压浸渗工艺的研究仅局限于Si-B-C系化合物，着重改善润湿性方面的研究，从Al₂O₃-TiN陶瓷骨架通过无压浸渗制备Al₂O₃-TiN-Al的研究还未见报道。本发明以铝热还原氮化反应原位合成Al₂O₃-TiN陶瓷骨架，利用金属铝粉埋覆熔渗制备Al₂O₃-TiN-Al陶瓷复合材料改变传统制备设备及工艺复杂，生产效率低下，成本高，不利于复合材料的推广应用的缺点。

发明内容

本发明的目的在于向Al₂O₃基体中添加TiO₂和Al粉，通过铝热还原热爆反应的方法，在降低Al₂O₃陶瓷烧结温度的同时，通过原位反应生成高耐磨强度的TiN颗粒，在保持其高硬度、高强度的基础上，常压制备出工艺简单、成本低廉、孔径均匀地Al₂O₃-TiN多孔陶瓷材料。在此基础上埋Al粉熔渗制备Al₂O₃-TiN-Al陶瓷复合材料。

本发明的基本构思是：用金属作结合剂，采用模压方法成型，在保护性气氛中于中高温下常压烧结制备Al₂O₃-TiN陶瓷骨架。在此基础上，用熔融的金属铝对多孔的陶瓷骨架进行浸渗而制得Al₂O₃-TiN-Al复合材料，用金属结合取代传统烧结结合，可以降低制品的烧结温度，烧结后制品中的金属与原料中的物质反应形成难熔化合物，从材料组成上克服Al₂O₃陶瓷脆性的缺点。基于此，在原材料中添加金属Al粉和二氧化钛，利用铝热反应原位合成烧结的方法，集合成和烧结于一体，使其在较低温度下还原氮化反应烧结原位合成Al₂O₃-TiN陶瓷骨架，在此基础上，用埋粉熔渗的方法在一定温度下将铝粉熔融后对多孔的陶瓷骨架进行浸渗。

本发明的技术方案提供一种Al₂O₃-TiN-Al陶瓷复合材料，其特征在于：所述复合材料由两种粒径不同的板状刚玉Al₂O₃粗细颗粒,按照粗：细重量比为1:2～1:4的比例混合作为骨料，α-Al₂O₃、TiO₂、Al粉按重量比1:2:1作为细粉混合模压，采用流动氮气气氛下常压原位反应烧结而成；所述骨料和细粉的重量比为6:4。

进一步地，所述Al₂O₃粗颗粒的直径为1～0.5mm；所述Al₂O₃细颗粒的直径为不大于0.5mm。

进一步地，所述α-Al₂O₃的D₅₀中值粒径为8～10μm；所述TiO₂的平均粒度为不大于1μm；所述Al粉的D₅₀中值粒径为10～50μm。