一种氧化铝陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氧化铝陶瓷材料及其制备方法，所述制备方法的具体步骤如下：将纳米碳材料颗粒加入到氨水溶液中，超声分散得到纳米碳材料悬浮液；水浴，将20‑40质量份的上述纳米碳材料悬浮液逐滴加入至100质量份的铝盐溶液中，同时磁力搅拌均匀，得到混合液体；静置陈化，离心分离，将离心产物干燥，升温并保温，制得纳米核壳结构颗粒；加入氧化铝微粉、结合剂在行星球磨机中混合均匀，等静压成型，得到生坯，干燥，升温并保温得到氧化铝陶瓷材料。本发明专利技术制备的氧化铝陶瓷材料具有轻量、力学性能好和体积密度较低的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种氧化铝陶瓷材料及其制备方法
本专利技术涉及氧化铝陶瓷
，更具体的说是涉及一种氧化铝陶瓷材料及其制备方法。
技术介绍
氧化铝材料是目前我国使用的主流防弹材料，然而目前制备的氧化铝陶瓷材料韧性差、密度偏高的缺陷降低了其能量吸收率和抗多次击打能力，阻碍了其进一步的扩展应用。因此，开发具有高韧性和低密度的氧化铝基陶瓷装甲材料符合国家重大发展需求，对于提升我国整体国防能力具有不可取代的意义。“一种轻质量级的氧化铝防弹陶瓷材料”(ZL201410113176.8)和“一种轻质量级的氧化铝防弹陶瓷的制备方法”(ZL201410113175.3)专利技术分别以氧化铝、高岭土、烧滑石和BC为原料，制备了轻质量级的氧化铝防弹陶瓷材料，但是密度偏高，且断裂韧性偏低。“纳米碳化硅增韧氧化铝防弹陶瓷的制备方法”(ZL200910015239.5)专利技术以α-Al2O3粉、高岭土、烧滑石和纳米级碳化硅为原料，采用注凝成型方法制备了氧化铝基防弹陶瓷，但是密度偏高。因此，结合上述问题，提供一种轻量、力学性能好的氧化铝陶瓷材料及其制备方法，是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种氧化铝陶瓷材料及其制备方法，用该方法制备的氧化铝陶瓷材料具有轻量、力学性能好和体积密度较低的优点。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种氧化铝陶瓷材料的制备方法，具体步骤如下：S1，将0.5-1.5质量份的纳米碳材料颗粒加入到100质量份的氨水溶液中，超声分散30min，得到纳米碳材料悬浮液；S2，在70-90℃水浴条件下，将20-40质量份的上述纳米碳材料悬浮液逐滴加入至100质量份的铝盐溶液中，同时磁力搅拌均匀，得到混合液体；S3，将上述混合液体静置陈化6-12h，离心分离，60℃条件下将离心产物干燥12h，升温至300-350℃，保温1-3h，制得纳米核壳结构颗粒；S4，将92-97质量份的氧化铝微粉、3-8质量份的纳米核壳结构颗粒和1-3质量份的结合剂在行星球磨机中混合均匀，设置100-200MPa等静压成型，得到生坯，将生坯在110-200℃条件下干燥12-36h，在1600-1800℃条件下保温3-8h，得到氧化铝陶瓷材料。优选的，所述步骤S1中的纳米碳材料为纳米炭黑、纳米活性炭和纳米碳球中的一种，粒径＜400nm。优选的，所述步骤S1中的氨水溶液的质量浓度为15-25wt％。优选的，所述步骤S2中铝盐溶液的溶质为氯化铝、硝酸铝中的一种，溶质浓度为1.5-2.5mol/L。优选的，所述步骤S4中氧化铝微粉中氧化铝含量>98wt％，氧化铝微粉的粒径为1-8μm。优选的，所述步骤S4中的结合剂为聚乙二醇、有机硅树脂和环氧树脂中的一种。一种氧化铝陶瓷材料，所述氧化铝陶瓷材料根据所述的氧化铝陶瓷材料的制备方法制备得到。通过采用上述技术方案，本专利技术的有益效果如下：本专利技术将纳米碳材料颗粒在氨水溶液超声分散，使得纳米碳材料颗粒被较好地分散，形成纳米碳材料悬浮液；当该悬浮液被逐滴加入至铝盐溶液中时，氨水溶液会与铝盐溶液反应生成水铝石沉积在纳米碳材料颗粒表面，经静置陈化后，纳米碳材料颗粒表面将附着一层水铝石外壳，经干燥和低温热处理后，制得内层为纳米碳材料颗粒、外层为水铝石的纳米核壳结构颗粒。在热处理过程中，纳米核壳结构颗粒外层的水铝石层转变为氧化铝层，同时，内层的纳米碳材料被氧化，形成纳米级孔隙。由于外层氧化铝层的骨架支撑作用，使得该纳米级孔隙可以保持稳定、不会聚集长大且不会被排除，以纳米级封闭气孔的形式保存在材料内部。一方面，该纳米级封闭气孔引入能够降低陶瓷材料的密度，实现轻量化；另一方面，由于气孔孔径很小，且主要是封闭晶内气孔，能够有效缓解材料使用过程中的应力集中，阻止材料破坏，还可以吸收降低裂纹扩展的能量，并使得裂纹发生桥联和偏转，提升陶瓷材料力学性能。本专利技术所制备的氧化铝陶瓷材料经检测：断裂韧性为5-8MPam1/2；维氏硬度为13-17GPa；体积密度为3.5-3.7g/cm3；本专利技术所制备的氧化铝陶瓷材料具有力学性能好和体积密度较低的特点。具体实施方式下面对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本实施例所制备的氧化铝陶瓷材料经检测：断裂韧性为5-8MPam1/2；维氏硬度为13-17GPa；体积密度为3.5-3.7g/cm3；相比于现有技术，本实施例所制备的氧化铝陶瓷材料具有力学性能好和体积密度较低的有益效果。实施例1一种氧化铝陶瓷材料的制备方法，具体步骤如下：S1，将0.5质量份的纳米炭黑颗粒加入到100质量份的氨水溶液中，纳米炭黑颗粒的平均粒径为150nm，氨水溶液的质量浓度为15wt％，超声分散30min，得到纳米碳材料悬浮液；S2，在70℃水浴条件下，将20质量份的上述纳米碳材料悬浮液逐滴加入至100质量份的氯化铝溶液中，溶质浓度为1.5mol/L，同时磁力搅拌均匀，得到混合液体；S3，将上述混合液体静置陈化6h，离心分离，60℃条件下将离心产物干燥12h，升温至300℃，保温2h，制得纳米核壳结构颗粒；S4，将92质量份的氧化铝微粉，氧化铝微粉中氧化铝含量>98wt％，8质量份的纳米核壳结构颗粒和3质量份的聚乙二醇在行星球磨机中混合均匀，设置100MPa等静压成型，得到生坯，将生坯在110℃条件下干燥36h，在1600℃条件下保温8h，得到氧化铝陶瓷材料。所得氧化铝陶瓷材料经检测：断裂韧性为7.3MPam1/2；维氏硬度为13.6GPa；体积密度为3.53g/cm3。实施例2一种氧化铝陶瓷材料的制备方法，具体步骤如下：S1，将1质量份的纳米碳球颗粒加入到100质量份的氨水溶液中，纳米碳球颗粒的平均粒径为200nm，氨水溶液的质量浓度为20wt％，超声分散30min，得到纳米碳材料悬浮液；S2，在80℃水浴条件下，将30质量份的上述纳米碳材料悬浮液逐滴加入至100质量份的硝酸铝溶液中，溶质浓度为2mol/L，同时磁力搅拌均匀，得到混合液体；S3，将上述混合液体静置陈化8h，离心分离，60℃条件下将离心产物干燥12h，升温至330℃，保温2h，制得纳米核壳结构颗粒；S4，将94质量份的氧化铝微粉，氧化铝微粉中氧化铝含量>98wt％，6质量份的纳米核壳结构颗粒和2质量份的环氧树脂在行星球磨机中混合均匀，设置150MPa等静压成型，得到生坯，将生坯在160℃条件下干燥24h，在1700℃条件下保温5h，得到氧化铝陶瓷材料。所得氧化铝陶瓷材料经检测：断裂韧性为6.5MPam1/2；维氏硬度为15.7GPa；体积密度为3.62g/cm3。实施例3一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化铝陶瓷材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：/nS1，将0.5-1.5质量份的纳米碳材料颗粒加入到100质量份的氨水溶液中，超声分散30min，得到纳米碳材料悬浮液；/nS2，在70-90℃水浴条件下，将20-40质量份的上述纳米碳材料悬浮液逐滴加入至100质量份的铝盐溶液中，同时磁力搅拌均匀，得到混合液体；/nS3，将上述混合液体静置陈化6-12h，离心分离，60℃条件下将离心产物干燥12h，升温至300-350℃，保温1-3h，制得纳米核壳结构颗粒；/nS4，将92-97质量份的氧化铝微粉、3-8质量份的纳米核壳结构颗粒和1-3质量份的结合剂在行星球磨机中混合均匀，设置100-200MPa等静压成型，得到生坯，将生坯在110-200℃条件下干燥12-36h，在1600-1800℃条件下保温3-8h，得到氧化铝陶瓷材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种氧化铝陶瓷材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
S1，将0.5-1.5质量份的纳米碳材料颗粒加入到100质量份的氨水溶液中，超声分散30min，得到纳米碳材料悬浮液；
S2，在70-90℃水浴条件下，将20-40质量份的上述纳米碳材料悬浮液逐滴加入至100质量份的铝盐溶液中，同时磁力搅拌均匀，得到混合液体；
S3，将上述混合液体静置陈化6-12h，离心分离，60℃条件下将离心产物干燥12h，升温至300-350℃，保温1-3h，制得纳米核壳结构颗粒；
S4，将92-97质量份的氧化铝微粉、3-8质量份的纳米核壳结构颗粒和1-3质量份的结合剂在行星球磨机中混合均匀，设置100-200MPa等静压成型，得到生坯，将生坯在110-200℃条件下干燥12-36h，在1600-1800℃条件下保温3-8h，得到氧化铝陶瓷材料。


2.根据权利要求1所述的一种氧化铝陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中...

【专利技术属性】
技术研发人员：付绿平，唐少鹏，顾华志，黄奥，张美杰，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42