本发明属于复合材料,具体涉及一种复合陶瓷材料及其制备方法。
背景技术:
1、tib2陶瓷因为其高硬度、低密度、高耐磨性以及高温稳定性,在装甲防护领域有极强的应用价值。随着烧结技术和科学理论的日新月异,tib2陶瓷难烧结的特性逐渐得到改善,最近研究表明在陶瓷材料中添加金属如fe、co、ni等,可以降低烧结温度提高致密度,且金属相与tib2基体相反应生成的新相可以钉扎晶界,细化晶粒,提高强度,但这部分新相也会降低材料的整体硬度和强韧性。
技术实现思路
1、有鉴于此,本发明的目的在于提供一种复合陶瓷材料及其制备方法。本发明提供的复合陶瓷材料在保持较高硬度的同时具有较好的强韧性(即断裂韧性和弯曲强度)。
2、为了实现上述目的,本发明提供如下方案:
3、本发明提供了一种复合陶瓷材料,包括以下重量份的组分:
4、纳米mb2 1.66~2.70份;
5、纳米mn 1.47~2.55份;
6、纳米aln 1份;
7、其中m为ti或zr。
8、优选的,所述复合陶瓷材料包括以下重量份的组分:
9、纳米tib2 1.66份;
10、纳米tin 1.47份;
11、纳米aln 1份。
12、优选的,所述复合陶瓷材料包括以下重量份的组分:
13、纳米zrb2 2.70份;
14、纳米zrn 2.55份;
15、纳米aln 1份。
16、优选的,所述复合陶瓷材料的粒径为100~200nm。
17、优选的,所述复合陶瓷材料的硬度为26~26.5gpa,弯曲强度为620~650mpa,断裂韧性为6.0~6.2mpa·m1/2。
18、本发明提供了上述方案所述复合陶瓷材料的制备方法,包括以下步骤:
19、将金属单质粉末、氮化硼粉末和金属氧化物粉末进行混合球磨,得到混合粉体;所述金属单质粉末包括铝粉,以及钛粉或锆粉;
20、将所述混合粉体进行真空处理,得到处理后混合粉体;
21、将所述处理后混合粉体进行压制成型,得到坯体;
22、将所述坯体进行烧结,得到所述复合陶瓷材料;所述烧结的压力为3~6gpa,温度为1350~1600℃;所述钛粉或锆粉与氮化硼粉末的质量比为(1~5):(0.5~2);所述氮化硼粉末和铝粉的质量比为(0.5~2):(0.1~1);所述氮化硼粉末和金属氧化物粉末的质量比为(0.5~2):(0.01~0.05)。
23、优选的,每种金属单质粉末的粒径独立地为1~5μm。
24、优选的,所述金属氧化物粉末包括al2o3粉末、zro2粉末和y2o3粉末中的一种或两种;所述金属氧化物粉末的粒径为0.01~3μm。
25、优选的,所述氮化硼粉末包括六方氮化硼、菱方氮化硼、立方氮化硼和纤锌矿氮化硼中的一种或多种;所述氮化硼粉末的粒径为1~8μm。
26、优选的,所述真空处理的温度为400~600℃,保温时间为1~2h,真空度为1×10-3~1×10-1pa。
27、本发明提供了一种复合陶瓷材料,包括以下重量份的组分:纳米mb21.66~2.70份;纳米mn 1.47~2.55份;纳米aln 1份;其中m为ti或zr。本发明提供的复合陶瓷材料中的组分mb2、mn和aln均为纳米结构,且其中的al对复合陶瓷材料的形貌和结构有影响,能够抑制晶粒尺寸使得复合陶瓷材料的粒径保持在100~200nm,进而使其在保持较高硬度的同时具有较好的强韧性。
28、本发明提供了上述方案所述复合陶瓷材料的制备方法。本发明通过高温高压烧结得到具有纳米结构的复合陶瓷材料,提高了复合陶瓷材料的致密度和硬度,同时利用金属单质粉末(铝粉以及钛粉或锆粉)和氮化硼粉之间原位反应降低烧结温度,且新生成的mb2、mn和aln均为纳米结构,改善了tib2基复合陶瓷材料的强韧性。
1.一种复合陶瓷材料,其特征在于,包括以下重量份的组分:
2.根据权利要求1所述的复合陶瓷材料,其特征在于,所述复合陶瓷材料包括以下重量份的组分:
3.根据权利要求1所述的复合陶瓷材料,其特征在于,所述复合陶瓷材料包括以下重量份的组分:
4.根据权利要求1~3任意一项所述的复合陶瓷材料,其特征在于,所述复合陶瓷材料的粒径为100~200nm。
5.根据权利要求1~3任意一项所述的复合陶瓷材料,其特征在于,所述复合陶瓷材料的硬度为26~26.5gpa,弯曲强度为620~650mpa,断裂韧性为6.0~6.2mpa·m1/2。
6.权利要求1~5任意一项所述复合陶瓷材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,每种金属单质粉末的粒径独立地为1~5μm。
8.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述金属氧化物粉末包括al2o3粉末、zro2粉末和y2o3粉末中的一种或两种;所述金属氧化物粉末的粒径为0.01~3μm。
9.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述氮化硼粉末包括六方氮化硼、菱方氮化硼、立方氮化硼和纤锌矿氮化硼中的一种或多种;所述氮化硼粉末的粒径为1~8μm。
10.根据权利要求6~9任意一项所述的制备方法,其特征在于,所述真空处理的温度为400~600℃,保温时间为1~2h,真空度为1×10-3~1×10-1pa。
