[发明专利]蓝宝石纤维增强陶瓷基多相复合材料及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及隔热屏制备技术领域，具体涉及一种蓝宝石纤维增强陶瓷基多相复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

为适应当代空战形式需要，提高战斗机在战场环境的生存能力，战斗机攻击机、截击机等军用飞机普遍对最大爬升速度、加速性能、高速飞行性能及机动性等方面都提出了更高的技术要求，这通常就需要适配高温、高推重比的动力装置，特别是提高发动机燃烧室的进气温度和核心燃烧区温度。隔热屏是构成航空发动机加力燃烧室的重要构件之一，主要起到防振和对加力筒体隔热冷却的作用。目前，我国某型航空发动机隔热屏材料基本为高温合金材料，此类隔热屏的现行成形工艺多为滚压成形，不仅存在成形质量差和效率低的问题，而且高温合金的极限耐热温度已经难以继续适应推重比达15～20的大推力、高推重比的高性能航空发动机的任务需求。

A1₂O₃陶瓷是目前应用最广的陶瓷材料之一，具有耐高温、高耐磨、耐腐蚀、抗氧化、密度小、价格低廉等众多优点，其熔点高于2200K。但是，A1₂O₃陶瓷属本质脆性，基本不能单独使用，多数情况下都以复合材料形式出现，而且由于Al₂O₃材料具有极高的熔点，很难采用直接烧结、熔融渗透等传统复合材料制备方法制备Al₂O₃纤维增强Al₂O₃陶瓷基复合材料。Fe-Al金属间化合物以耐高温、耐磨损、抗高温氧化、高温强硬性好及反常热强性好、低密度和成本低等优点，具有成为新一代结构材料的良好发展前景，然而Fe-Al金属间化合物材料还存在室温脆性大、高温环境强度较低等缺陷，严重限制了其在高温结构材料上的应用。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明目的在于提供一种蓝宝石纤维增强陶瓷基多相复合材料及其制备方法与应用，以提高采用此材料制备得到的隔热屏的机械强度如抗弯强度、断裂韧性和硬度，提高隔热屏的耐高温和耐腐蚀性能，延长使用寿命，降低导热系数，使隔热屏在1900K以上的高温环境下多周次循环使用后能保持综合性能稳定。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案为：

第一方面，本发明提供了一种三相复合陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：S1：将第一组分和分散剂混合，在氩气的保护下进行球磨，然后将球磨后的混合物干燥；其中，第一组分包括氧化铁粉末、铝粉和氧化铝粉末；S2：将干燥后的粉料和第二组分混合均匀，得到混合粉末，将混合粉末包埋蓝宝石纤维预制体，然后在真空条件下进行热压烧结；其中，第二组分为铬粉，蓝宝石纤维预制体是采用蓝宝石纤维制备而成；S3：在氧气气氛下，将热压烧结得到的产物进行预氧化处理，得到三相复合陶瓷材料。需要说明的是：在S1中，干燥优选为真空干燥，目的是去除分散剂；在S2中，将干燥后的粉料和第二组分混合均匀并包埋蓝宝石纤维预制体过程中，可以是将蓝宝石纤维预制体放在石墨烧结模具中，然后加入铬粉和干燥后的粉料混合均匀后的混合粉末，并使其均匀的将蓝宝石纤维预制体浸没包埋，使其均匀接触，然后放入真空热压管式炉中进行热压烧结；步骤S3，可以在管式炉中进行，预氧化处理后，优选使用乙醇清洗，并且室温静置24h。通过原位合成法制备蓝宝石纤维增强Fe-Al/Al₂O₃陶瓷基复合材料，有助于提高基体与增强相的界面结合力，促进元素的扩散及晶粒的细化，从而提高复合材料综合力学性能。

在本发明的进一步实施方式中，第一组分中：氧化铁粉末的质量分数为14％～27％，铝粉的质量分数为7％～13％，氧化铝粉末的质量分数为60％～79％；第一组分与铬粉的质量比为100：(1～5)。需要说明的是，氧化铁粉末、铝粉和氧化铝粉末的纯度优选大于或等于99％。

在本发明的进一步实施方式中，在S1中：第一组分和分散剂的质量比为1:(0.6～1.2)；分散剂为聚乙二醇与乙醇的混合溶液或甲基戊醇与乙醇的混合溶液；聚乙二醇与乙醇的混合溶液中，聚乙二醇的质量分数为3％～5％；甲基戊醇与乙醇的混合溶液中，甲基戊醇的质量分数为3％～5％。需要说明的是，聚乙二醇优选为PEG-600。