[发明专利]一种硼酸铝晶须增强补韧非金属基复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种硼酸铝晶须增强补韧非金属基复合材料，采用硼酸铝晶须增强补韧非金属材料；通过硼酸铝晶须增强补韧非金属基复合材料以提高非金属基复合材料的弯曲强度和断裂韧性，降低非金属基复合材料的耐磨损性能。一是硼酸铝晶须形成液相后通过流动进入到晶界处并重结晶，包覆晶粒，起到抑制晶粒长大的作用，同时填补孔隙增加致密度；二是液化后的硼酸铝晶须被晶粒挤出在晶粒表面重结晶成晶须，由于晶须的插拔机制而提高基体强度；三是液化的硼酸铝晶须被来自隔离碳纸、石墨模具、石墨发热体以及碳毡中的固相C和部分气化C还原，进而与内部晶界处的ZrO₂反应生成ZrB₂，而ZrB₂具有很好的增韧作用。

技术领域

本发明涉及增强补韧非金属基复合材料领域，具体涉及一种硼酸铝晶须增强补韧非金属基复合材料及其制备方法。

背景技术

硼酸铝晶须最早是由一位日本科学家研究发现的，它具有极高的杨氏模量，较大的拉伸强度和莫氏硬度。硼酸铝晶须种类繁多，其化学通式为nAl₂O₃·B₂O₃，根据烧结温度和制备方法不同，常见的有9Al₂O₃·2B₂O₃、Al₂O₃·B₂O₃、2Al₂O₃·B₂O₃这三种类型。其中9Al₂O₃·2B₂O₃的密度为2.93g cm^-3，熔点1450℃左右，高硬度、高强度，不溶于酸性和碱性溶液，综合性能最佳，且价格低廉，适合大规模生产。非金属材料，如氧化铝陶瓷材料拥有高硬度、高强度、耐高温、耐磨损与耐腐蚀等优异性能，被广泛应用于结构陶瓷和耐磨元件。由于陶瓷材料固有的脆性，较差的断裂韧性限制了氧化铝陶瓷材料的工业应用。现有技术中，并没有采用硼酸铝晶须增强、增韧非金属材料(包括无机非金属材料和有机高分子材料)的先例。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种硼酸铝晶须增强补韧非金属基复合材料及其制备方法，通过硼酸铝晶须增强补韧非金属基复合材料以提高非金属基复合材料的弯曲强度和断裂韧性，进而提高非金属基复合材料的耐磨性。

本发明的硼酸铝晶须增强补韧非金属基复合材料，采用硼酸铝晶须增强补韧非金属材料；

进一步，所述非金属材料为无机非金属材料或/和有机高分子材料；

进一步，所述硼酸铝晶须占复合材料的体积含量为1-50％；

进一步，所述硼酸铝晶须的长度为1～50μm，直径为0.05～1.0μm。

本发明还公开一种硼酸铝晶须增强补韧非金属基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

a.将硼酸铝晶须和非金属材料进行混合处理；

b.将混合料进行真空热压烧结处理或有机高分子材料成型加工；

进一步，所述非金属材料为无机非金属材料，步骤a中，将硼酸铝晶须与无机非金属材料球磨混合处理；步骤b中，将混合料进行真空热压烧结处理，烧结温度为1300～1650℃，烧结压力为5～60MPa，保温时间为30～300 min。

进一步，所述非金属材料为有机高分子材料(树脂基复合材料)(硼酸铝晶须在增强补韧树脂基复合材料)，步骤a中，将将硼酸铝晶须与有机高分子材料搅拌混合处理；步骤b中，将混合料进行有机高分子材料成型加工，成型加工温度为200～400℃，成型加工压力为5～100MPa，成型加工时间为5～ 300sec；

进一步，硼酸铝晶须在增强补韧无机非金属基复合材料时，步骤a中，球磨至粉体粒度小于1.0μm。