一种高韧性氧化铝陶瓷的制备方法技术

本发明专利技术涉及陶瓷材料领域，具体为一种高韧性氧化铝陶瓷的制备方法，对碳纤维进行等离子处理，将经过等离子处理的碳纤维置于前驱体溶液中浸渍处理后滤出，升温至1400

【技术实现步骤摘要】
一种高韧性氧化铝陶瓷的制备方法


[0001]本专利技术涉及陶瓷材料领域，具体为一种高韧性氧化铝陶瓷的制备方法。

技术介绍

[0002]氧化铝陶瓷由于其耐高温、高硬度、耐磨损和耐腐蚀等金属材料难以相比的优点，已广泛应用于汽车发动机、航空航天、国防军工、冶金、医疗、光学、机械电子、化工等领域。目前，氧化铝陶瓷已成为材料科学领域最为活跃的研究领域之一。它是成本低、发展比较早、应用最广的一种陶瓷材料。但它同大多数陶瓷材料一样，存在着抗热震性差和断裂韧性低的缺点，限制了氧化铝陶瓷在工程结构中的应用。

技术实现思路

[0003]专利技术目的：针对上述技术问题，本专利技术提出了一种高韧性氧化铝陶瓷的制备方法。
[0004]所采用的技术方案如下：
[0005]一种高韧性氧化铝陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
[0006]S1：对碳纤维进行等离子处理；
[0007]S2：将氧氯化锆、硼酸、柠檬酸和葡萄糖加入水中并混合均匀，得到溶液A，将聚乙烯醇溶于水和乙醇组成的混合溶液中得到溶液B，边搅拌边将溶液B滴加到溶液A中，脱泡后得到前驱体溶液，将前驱体溶液升温至70
‑
80℃搅拌3
‑
5h，将经过等离子处理的碳纤维置于前驱体溶液中浸渍处理30
‑
40min后滤出；
[0008]S3：氩气保护下，将碳纤维升温至1400
‑
1450℃保温焙烧2
‑
3h后，恢复室温，得到改性碳纤维；
[0009]S4：将氧化铝、三氟化镧、烧结助剂球磨混合均匀后再与改性碳纤维、粘结剂、硅烷偶联剂混合加入密炼机中150
‑
170℃混炼2
‑
3h，得到混合料，将其粉碎成粉末后，采用粉末注射成型工艺得到陶瓷粗坯，将陶瓷粗坯置于正庚烷溶剂中脱脂6
‑
10h后升温至700
‑
800℃排胶2
‑
3h，继续升温至1500
‑
1600℃烧结1
‑
3h后恢复室温即可。
[0010]进一步地，对碳纤维进行等离子处理的方法如下：
[0011]将碳纤维放入等离子体处理装置中，以空气为处理气体，在200
‑
300W功率、30
‑
50Pa下处理150
‑
180s。
[0012]进一步地，等离子处理之前将所述碳纤维加入浓硝酸中煮沸清洗4
‑
8h后滤出，水洗后烘干。
[0013]进一步地，氧氯化锆、硼酸的质量比为1
‑
1.5：1。
[0014]进一步地，S3中的升温速度为5
‑
8℃/min。
[0015]进一步地，三氟化镧、改性碳纤维用量分别为氧化铝质量的0.2
‑
0.5％和5
‑
10％。
[0016]进一步地，所述烧结助剂由滑石粉、碳酸钙和氧化镁组成。
[0017]进一步地，所述粘结剂由聚乙烯、微晶石蜡、硬脂酸和邻苯二甲酸二丁酯组成。
[0018]进一步地，所述聚乙烯由高密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯组成。
[0019]进一步地，粉末注射成型工艺的参数如下：
[0020]注射压力为80
‑
85MPa，注射速度70
‑
80mm/s，注射温度为170
‑
180℃。
[0021]本专利技术的有益效果：
[0022]本专利技术提供了一种高韧性氧化铝陶瓷的制备方法，纤维增韧是陶瓷增韧方法中效果最显著，效果最好的强化方法，碳纤维的加入一方面能借助纤维拔出、纤维桥联和裂纹偏转等增韧机制提高氧化铝陶瓷的韧性，另一方面也能提高氧化铝陶瓷的强度，但是由于纤维与陶瓷基体间结合力差，在强外力作用下，用于增韧的纤维会与陶瓷基体发生滑移，导致内部裂痕出现，韧性及强度下降，专利技术人通过对碳纤维进行等离子体处理，碳纤维表面沟槽有被强化的趋势，且表面粗糙度大大增加，再通过浸渍使硼化锆附着在其表面，形成一个个的锚点，这些锚点能够增加碳纤维与陶瓷基体间的结合强度，弱化强外力下的滑移现象，而且这些锚点能阻碍陶瓷材料中裂纹的扩展，以此消耗裂纹尖端的能量，起到增韧的目的，氟化镧具有净化晶界杂质，细化晶粒的作用，可以增加氧化铝粉末流动性，可以使其烧结得更加紧密，降低孔隙率，本专利技术所制备的氧化铝陶瓷具有极高的强度及断裂韧性，而且抗热震性能优异。
具体实施方式
[0023]实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0024]实施例1：
[0025]一种高韧性氧化铝陶瓷的制备方法：
[0026]将10g碳纤维碳纤维加入浓硝酸中煮沸清洗4h后滤出，水洗、烘干后放入等离子体处理装置中，以空气为处理气体，在300W功率、30Pa下处理180s，将16.28g氧氯化锆、12.43g硼酸、3.2g柠檬酸和41.28g葡萄糖加入250mL水中并混合均匀，得到溶液A，将15g聚乙烯醇溶于7.5mL水和7.5mL乙醇组成的混合溶液中得到溶液B，边搅拌边将溶液B滴加到溶液A中，脱泡后得到前驱体溶液，将前驱体溶液升温至70℃搅拌5h，将经过等离子处理的碳纤维置于前驱体溶液中浸渍处理30min后滤出，氩气保护下，将碳纤维以8℃/min的速度升温至1400℃保温焙烧3h后，恢复室温，得到改性碳纤维，将80g氧化铝、0.4g三氟化镧、1g滑石粉、1g碳酸钙和2g氧化镁以乙醇为研磨介质通过行星球磨机湿磨6h后烘干，再与8g改性碳纤维、4g高密度聚乙烯、3.5g线性低密度聚乙烯、6g微晶石蜡、2g硬脂酸和0.5g邻苯二甲酸二丁酯、1g硅烷偶联剂KH
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550混合加入密炼机中150℃混炼3h，得到混合料，将其粉碎成600
‑
800目粉末后，采用粉末注射成型工艺得到陶瓷粗坯，注射压力为80MPa，注射速度80mm/s，注射温度为170℃，将陶瓷粗坯置于正庚烷溶剂中脱脂10h后升温至700℃排胶3h，继续升温至1500℃烧结3h后恢复室温即可。
[0027]实施例2：
[0028]一种高韧性氧化铝陶瓷的制备方法：
[0029]将10g碳纤维碳纤维加入浓硝酸中煮沸清洗4h后滤出，水洗、烘干后放入等离子体处理装置中，以空气为处理气体，在300W功率、40Pa下处理160s，将16.28g氧氯化锆、12.43g硼酸、3.2g柠檬酸和41.28g葡萄糖加入250mL水中并混合均匀，得到溶液A，将15g聚乙烯醇溶于7.5mL水和7.5mL乙醇组成的混合溶液中得到溶液B，边搅拌边将溶液B滴加到溶液A中，
脱泡后得到前驱体溶液，将前驱体溶液升温至80℃搅拌4h，将经过等离子处理的碳纤维置于前驱体溶液中浸渍处理40min后滤出，氩气保护下，将碳纤维以6℃/min的速度升温至1450℃保温本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高韧性氧化铝陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：对碳纤维进行等离子处理；S2：将氧氯化锆、硼酸、柠檬酸和葡萄糖加入水中并混合均匀，得到溶液A，将聚乙烯醇溶于水和乙醇组成的混合溶液中得到溶液B，边搅拌边将溶液B滴加到溶液A中，脱泡后得到前驱体溶液，将前驱体溶液升温至70
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80℃搅拌3
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5h，将经过等离子处理的碳纤维置于前驱体溶液中浸渍处理30
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40min后滤出；S3：氩气保护下，将碳纤维升温至1400
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1450℃保温焙烧2
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3h后，恢复室温，得到改性碳纤维；S4：将氧化铝、三氟化镧、烧结助剂球磨混合均匀后再与改性碳纤维、粘结剂、硅烷偶联剂混合加入密炼机中150
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170℃混炼2
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3h，得到混合料，将其粉碎成粉末后，采用粉末注射成型工艺得到陶瓷粗坯，将陶瓷粗坯置于正庚烷溶剂中脱脂6
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10h后升温至700
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800℃排胶2
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3h，继续升温至1500
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1600℃烧结1
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3h后恢复室温即可。2.如权利要求1所述的高韧性氧化铝陶瓷的制备方法，其特征在于，对碳纤维进行等离子处理的方法如下：将碳纤维放入等离子体处理装置中，以空气为处理气体，在200
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【专利技术属性】
技术研发人员：王宇东，刘曼丽，方映杰，马正阳，
申请(专利权)人：湖南一众电子陶瓷科技有限公司，
类型：发明
国别省市：