[发明专利]一种氧化铝-钛碳氧固溶体复合陶瓷及其制备方法

说明书

本发明涉及陶瓷材料科学技术领域，特别涉及一种氧化铝‑钛碳氧固溶体复合陶瓷材料及其制备方法。本发明技术方案将TiC粉和TiO₂/TiO粉按摩尔比混合，在高能球磨机中球磨3小时，球磨后的粉末经过干燥，压制成型后放入高温炉中在氩气保护下处理，然后冷却至室温；烧结后的块体经过破碎、球磨后，再将氧化铝和TiCxO_1‑x粉以及适当的烧结助剂，原料经物理机械方法混合5～20小时；混合粉体干燥后装入石墨模具中冷压成型，在放电等离子体烧结炉内烧结，随后随炉冷却至室温，即可制备出Al₂O₃‑TiCxO_1‑x复合陶瓷。

技术领域

本发明涉及陶瓷材料科学技术领域，特别涉及一种氧化铝-钛碳氧固溶体复合陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

复合陶瓷材料具有高熔点、良好的耐磨性、热化学稳定性、高硬度等优点，适合于制作加工难加工材料的刀具。随着我国航空航天、国防、工业等领域的高速、可持续发展，对材料综合性能的要求越来越高。由于复合陶瓷能够进一步增强纯氧化铝陶瓷的韧性，并不太降低氧化铝陶瓷的硬度及高温性能，因而得到了广泛关注。碳化钛具有熔点高、抗氧化、强度高、导热性良好、化学稳定性好、韧性好以及对钢铁类金属的化学惰性等优异性能，所以碳化钛主要用来制造金属陶瓷、耐热合金和硬质合金。同时由于碳化钛具有这些良好性能，碳化钛在各种复合材料中作为强化基体的一种增强相得以广泛使用。如氧化铝复合陶瓷中，碳化钛由于具有高强度、高硬度、优良的耐磨性及化学稳定性，氧化铝-碳化钛体系得以广泛研究及应用。

纯氧化铝粉体大约在1750°C开始蠕变和烧结。如此高的烧结温度，会使得窑炉耐火材料的使用寿命缩短，能源消耗过多，以及材料烧成性能不良等等。因此，陶瓷烧结过程中常常加入烧结助剂来降低高熔点陶瓷的烧结温度，从而实现能耗和制备成本的降低。如二氧化钛，氧化镁，氧化钇等。因此，为了使烧结助剂起到助烧结作用，烧结助剂与主相要求均匀混合。目前，现有技术陶瓷烧结助剂的添加方法一般采用与主相物质共同球磨混合的方式，然而这种方法容易混合不均匀现象，所以如何改善并制备优异性能的复合陶瓷材料迫在眉睫。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对现有技术陶瓷烧结助剂的添加方法一般采用与主相物质共同球磨混合的方式，然而这种方法容易混合不均匀现象，提供了一种氧化铝-钛碳氧固溶体复合陶瓷材料及其制备方法，以实现烧结助剂在主相粉体中的均匀分散，利用碳化钛-二氧化钛（一氧化钛）在高温下形成固溶体，即可形成增强相-烧结助剂固溶体，利用Ti-C-O 固溶体同时作为增强相和烧结助剂，提高氧化铝粉体在较低温度下烧结及粉体烧结的均匀性，从而制备高硬度高韧性氧化铝-碳氧化钛复合陶瓷。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种氧化铝-钛碳氧固溶体复合陶瓷及其制备方法，按重量百分比计，由下列物质组成：

氧化铝 50～95%

钛碳氧固溶体 5～50%

所述的钛碳氧固溶体具体制备步骤为：

（1）按摩尔比8：2、6：4、5：5、4：6、2：8，将TiC粉与TiO2或TiO粉混合，混合完成后，再在高能球磨机中球磨3小时；

（2）待球磨完成后，收集得球磨后的粉末，经干燥处理并压制成型后放入高温炉中，在氩气气氛保护、1400～1600℃保温处理4小时，静置冷却至室温；

（3）待冷却至室温后，收集得烧结物料并破碎、球磨，即制备得到TiCxO1-x粉。

氧化铝-钛碳氧固溶体复合陶瓷具体制备的工艺步骤为：

（1）按重量百分比95：5~50：50，将氧化铝与钛碳氧固溶体破碎研磨并混合，得混合颗粒，将混合颗粒置于球磨罐中，以无水乙醇作球磨介质，球磨处理并收集得料浆，干燥，制粉得球磨粉体；