[发明专利]一种氧化铝-YAG共晶熔体生长复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及氧化物陶瓷领域，提供了一种Al₂O₃‑YAG共晶熔体生长复合材料的制备方法。本发明通过对引晶温度、提拉速率以及转速的控制，使预制体熔体内各项对流趋于稳定，在籽晶与预制体熔体接触处形成一定的过冷度，实现结晶原子在固液界面处的有序排列；随着结晶过程连续进行，使得不断地有新的晶体从熔体中长出，通过籽晶提拉，预制体熔体中的原子在籽晶下端有序排列，Al₂O₃和YAG两相均能形成稳定单一取向晶体(单晶)，实现定向凝固。本发明提供的方法能够得到无气孔、表面光滑致密、相分布均匀、相对密度和织构化程度高的Al₂O₃‑YAG共晶熔体生长复合材料；而且本发明提供的方法生长得到共晶材料尺寸较大。

技术领域

本发明涉及氧化物陶瓷领域，尤其涉及一种氧化铝-YAG共晶熔体生长复合材料的制备方法。

背景技术

继氮化物、碳化物、硼化物和碳/碳陶瓷基高温热结构材料后，Al₂O₃-YAG共晶陶瓷以其天然杰出的高温抗氧化能力、接近其熔点温度下优异的弯曲强度性能、抗氧化性能和抗蠕变性能而进入人们的视野。传统的Al₂O₃-YAG陶瓷主要采用粉末烧结方法制备，然而这种方法通常无法获得单晶组成相，制备得到的多为多晶组织，而多晶组织的粉末颗粒之间以及各组成相之间存在着弱的连接界面和大量空隙，大大降低了氧化物陶瓷在高温高应力下的材料结构性能。

目前制备Al₂O₃/YAG共晶晶体的方法主要有布里奇曼法、水平定向凝固(HDS)法、激光悬浮区熔法、薄膜进给生长(EFG)法、光学浮区法等，但是上述方法难以制备大尺寸的Al₂O₃/YAG共晶陶瓷样品，且难以制备Al₂O₃/YAG共晶单晶相晶体。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种Al₂O₃-YAG共晶熔体生长复合材料的制备方法，本发明提供的方法能够制备得到大尺寸的Al₂O₃-YAG共晶陶瓷，同时还能得到具有择优取向的高织构Al₂O₃-YAG共晶单晶相。

本发明提供了一种Al₂O₃-YAG共晶熔体生长复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将Al₂O₃粉末和Y₂O₃粉末在粘结剂和醇类溶剂存在的条件下进行球磨后干燥，得到混合粉体；

(2)将所述混合粉体依次进行压制和烧结处理后冷却，得到预制体；

(3)在温场中，采用旋转提拉法将籽晶浸入预制体熔体中，然后依次经引晶、缩颈、放肩、等径生长和收尾，得到Al₂O₃-YAG共晶熔体生长复合材料；

所述引晶的温度为1770～1780℃，提拉速度为0.1～5mm/h，转速为5～25r/min。

优选的，所述步骤(3)中温场的温度为1770～1780℃，温场内部填充氩气，所述氩气的气压为0～0.1MPa。

优选的，所述步骤(3)中温场的布置方式为：

所述温场中的部件包括感应线圈，所述感应线圈内有下保温桶，所述下保温桶内有坩埚，所述坩埚顶部有坩埚环；所述坩埚环中心、下保温桶中心以及籽晶杆中心在同一直线上；

所述下保温桶顶部有上保温桶，所述上保温桶顶部有保温盖；

所述籽晶杆穿过上保温桶内部，籽晶杆的底部为铱金销；所述籽晶通过铱金销固定在籽晶杆上；