專利名稱：一種氧化物陶瓷/Ba_xSr_1-xSO₄陶瓷復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氧化物基陶瓷復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
氧化物陶瓷(氧化鋁，部分穩(wěn)定氧化鋯及氧化鋁增強(qiáng)氧化鋯、氧化鋯增韌氧化鋁 陶瓷)是傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)陶瓷，具有高硬度、高強(qiáng)度、低密度、高剛度、優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性，其在 航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用可以降低結(jié)構(gòu)材料的結(jié)構(gòu)重量、提高飛行器的結(jié)構(gòu)效率、提高結(jié)構(gòu)材 料的服役可靠性及延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)材料的壽命，氧化物陶瓷對(duì)航空航天領(lǐng)域的發(fā)展具有極為重要 的作用。但氧化物陶瓷新型結(jié)構(gòu)陶瓷在高溫下的摩擦系數(shù)和磨損率都很高，一定程度上限 制了它在高溫服役結(jié)構(gòu)件中的應(yīng)用。 現(xiàn)有氧化物陶瓷在室溫下摩擦系數(shù)在0. 4 0. 6之間，磨損率為10—5mm3/N m，而 在80(TC時(shí)，摩擦系數(shù)高達(dá)1. 0 1. 2，磨損率為10—4-10—3mm3/N !!!。針對(duì)現(xiàn)有氧化物新型結(jié) 構(gòu)陶瓷的摩擦磨損性能差的問(wèn)題，研究人員進(jìn)行了廣泛的研究，有研究表明，向氧化物新型 結(jié)構(gòu)陶瓷里添加BaCr(^后，氧化物陶瓷復(fù)合材料在廣域溫度下具有良好的摩擦學(xué)性能，摩 擦系數(shù)為0. 3 0. 4，但是BaCr04對(duì)環(huán)境具有危害性，不適于工業(yè)生產(chǎn)。另有研究將SrS04 引入氧化物陶瓷復(fù)合材料，其在室溫至76(TC的廣域范圍內(nèi)摩擦系數(shù)也在0. 31 0. 42之 間，磨損率在10—SmmVN"m數(shù)量級(jí)，摩擦磨損性能提高效果不明顯。而且現(xiàn)有制備工藝中熱 壓燒結(jié)溫度高，能耗大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有氧化物陶瓷復(fù)合材料在室溫至76(TC廣域溫度下摩 擦系數(shù)大，76(TC高溫下磨損率大，及現(xiàn)有制備工藝燒結(jié)溫度高的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種 氧化物陶瓷/BaxSri—XS04復(fù)合材料及其制備方法。 本發(fā)明的氧化物陶瓷/B Sr卜XS04復(fù)合材料是按體積百分比由50 90%氧化物陶 瓷相和10 50%的BaxSivxS04相組成，其中，BaxSivXS04中0 < x < 1。本發(fā)明氧化物陶瓷 /BaxSri—XS04復(fù)合材料的制備方法是通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)的一、按體積百分比將50 90%的 氧化物陶瓷粉和10 50X的BaxSr卜^04粉裝入耐磨球磨罐中，再向耐磨球磨罐中加入無(wú) 水乙醇和Zr02磨球，以100 150轉(zhuǎn)/分鐘的速率球磨濕混10 15h，其中，Ba,Sr卜XS04中 0 < x < l，無(wú)水乙醇的加入量為氧化物陶瓷粉和Ba,SivXS04粉總質(zhì)量的1 3倍，氧化物 陶瓷粉和B Siv^04粉的總質(zhì)量與氧化物陶瓷磨球的質(zhì)量比為1 : 3 4;二、將球磨濕混 后的混合粉體在80 10(TC下烘干后過(guò)40目篩，然后將過(guò)篩后的均勻細(xì)粉體裝入內(nèi)壁鋪 有石墨紙的石墨模具，再對(duì)石墨模具進(jìn)行冷壓處理，保持施加在石墨模具上的壓強(qiáng)為30 50MPa，保壓時(shí)間為2 5min ;三、將冷壓處理后的石墨模具放入放電等離子燒結(jié)爐進(jìn)行燒 結(jié)，石墨模具上施加的壓強(qiáng)與步驟二中冷壓處理所用的壓強(qiáng)相同，燒結(jié)溫度800 105(TC， 保溫時(shí)間2 5min，最后隨爐冷卻即得氧化物陶瓷/B SivXS04陶瓷復(fù)合材料。
本發(fā)明將具有較低摩擦系數(shù)的潛在固體潤(rùn)滑劑B SivxS04(0<x< 1)固溶體引入氧化物陶瓷材料，由于Ba元素的引入，B SivXS04(0 < x < 1)固溶體的強(qiáng)度和硬度較SrS04
有所提高，同時(shí)仍具有SrS04的低摩擦系數(shù)和良好潤(rùn)滑性的優(yōu)點(diǎn)，將B Sr卜XS04 (0 < x < 1)
固溶體引入氧化物陶瓷材料，大大改善了氧化物陶瓷復(fù)合材料的摩擦磨損性能。 本發(fā)明的氧化物陶瓷/Ba,SivXS04復(fù)合材料在室溫至760°C的廣域溫度范圍內(nèi)具
有很小的摩擦系數(shù)和很低的磨損率。在室溫下，摩擦系數(shù)在O. 11到0.25之間，磨損率在
10—5mm3/N m數(shù)量級(jí)。在76(TC高溫下摩擦系數(shù)低于0. 3，同時(shí)表現(xiàn)出了優(yōu)于室溫的低的磨
損率，在10—6mm3/N m數(shù)量級(jí)。 本發(fā)明的制備方法工藝簡(jiǎn)單，燒結(jié)溫度低在800 105(TC，能耗小。制備得到的氧 化物陶瓷/BaxSivXS04復(fù)合材料摩擦磨損性能好，76(TC高溫下仍具有很低的摩擦系數(shù)和磨 損率。本發(fā)明采用放電等離子燒結(jié)(SPS)工藝提高了陶瓷復(fù)合材料的致密度，降低了粗糙 度。 本發(fā)明氧化物陶瓷/BaxSri—XS04復(fù)合材料可廣泛應(yīng)用于航空航天結(jié)構(gòu)件中。


圖1是具體實(shí)施方式
二十七得到的TZ3Y20A/Ba。.25Sr。.75S04復(fù)合材料的X-射線 衍射(XRD)譜圖，圖中A表示BaxSivXS04， B表示Zr02，參代表A1203 ;圖2是具體實(shí)施方式
二十七得到的TZ3Y20A/Ba。.25Sr。.75S04復(fù)合材料摩擦系數(shù)_時(shí)間變化曲線圖，a是室溫下的 摩擦系數(shù)_時(shí)間變化曲線，b是76(TC高溫下的摩擦系數(shù)-時(shí)間變化曲線；圖3是具體實(shí)施 方式二十七中經(jīng)76(TC高溫摩擦磨損試驗(yàn)后的TZ3Y20A/Ba。.25Sr。.75S04復(fù)合材料的掃描電子 顯微鏡(SEM)微觀形貌圖；圖4是具體實(shí)施方式
二十八得到的TZ3Y20A/Ba。.5Sr。.5S04復(fù)合 材料摩擦系數(shù)-時(shí)間變化曲線圖，a是室溫下的摩擦系數(shù)-時(shí)間變化曲線，b是76(TC高溫 下的摩擦系數(shù)_時(shí)間變化曲線；圖5是具體實(shí)施方式
二十八中經(jīng)76(TC高溫摩擦磨損試驗(yàn) 后的TZ3Y20A/Ba。.5Sr。.5S04陶瓷復(fù)合材料的掃描電子顯微鏡(SEM)微觀形貌圖；圖6是具體 實(shí)施方式二十九得到的TZ3Y20A/Ba。.75Sr。.25S04陶瓷復(fù)合材料摩擦系數(shù)_時(shí)間變化曲線圖， a是室溫下的摩擦系數(shù)_時(shí)間變化曲線，b是76(TC高溫下的摩擦系數(shù)-時(shí)間變化曲線；圖 7是具體實(shí)施方式
二十九中經(jīng)76(TC高溫摩擦磨損試驗(yàn)后的TZ3Y20A/Ba。.75Sr。.25S04陶瓷復(fù) 合材料的掃描電子顯微鏡(SEM)微觀形貌圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實(shí)施方式
，還包括各具體實(shí)施方式
間的
任意組合。
具體實(shí)施方式
一 本實(shí)施方式一種氧化物陶瓷/B Sr卜XS04復(fù)合材料是按體積百 分比由50 90%的氧化物陶瓷相和10 50%的BaxSivXS04相組成，其中BaxSivXS04中0 < x < 1。 本實(shí)施方式的氧化物陶瓷/Ba,SivXS04復(fù)合材料在室溫至76(TC廣域溫度范圍內(nèi) 具有很低的摩擦系數(shù)，室溫下摩擦系數(shù)在0. 10 0. 25，76(TC高溫下摩擦系數(shù)小于0. 3。 760。C高溫下的磨損率有明顯的減小，在10—6mm3/N m數(shù)量級(jí)。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是氧化物陶瓷/B SivXS04 復(fù)合材料是按體積百分比由50 60%的氧化物陶瓷相和40 50%的B SivXS04相組成。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一或二不同的是氧化物陶瓷為部分 穩(wěn)定氧化鋯及氧化鋁增強(qiáng)氧化鋯，氧化鋁或氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷。其它步驟及參數(shù)與具 體實(shí)施方式一或二相同。 本實(shí)施方式中氧化物陶瓷粉均為市售產(chǎn)品。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至三不同的是Ba,SivXS04中 0. 25《x《0. 75。其它參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至三相同。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至三不同的是Ba,Sr卜XS04中x = 0.3。其它參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至三相同。 本實(shí)施方式的氧化物陶瓷/B SivXS04復(fù)合材料室溫下摩擦系數(shù)為在0. 10 0. 23，76(TC高溫下摩擦系數(shù)小于0. 15 0. 28。 76(TC高溫下的磨損率有明顯的減小，在 10—6mm3/N m數(shù)量級(jí)。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至三不同的是Ba,Sr卜XS04中x = 0.5。其它參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至三相同。 本實(shí)施方式的氧化物陶瓷/B SivXS04復(fù)合材料室溫下摩擦系數(shù)為在0. 10 0. 12，76(TC高溫下摩擦系數(shù)小于0. 18 0.27。 76(TC高溫下的磨損率有明顯的減小，為 5. 7236X 10—6mm3/N m數(shù)量級(jí)。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至三不同的是Ba,Sr卜XS04中x = 0.6。其它參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至三相同。 本實(shí)施方式的氧化物陶瓷/B SivXS04復(fù)合材料室溫下摩擦系數(shù)為在0. 11
0. 13，76(TC高溫下摩擦系數(shù)小于0. 17 0.26。 76(TC高溫下的磨損率有明顯的減小，為
1. 1644X 10—6mm3/N m數(shù)量級(jí)。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式如具體實(shí)施方式
一所述的氧化物陶瓷/B Sr卜XS04 陶瓷復(fù)合材料的制備方法是通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)的一、按體積百分比將50 90%的氧化物 陶瓷粉和10 50%的BaxSiv^04粉裝入耐磨球磨罐中，再向耐磨球磨罐中加入無(wú)水乙醇 和Zr02磨球，以100 150轉(zhuǎn)/分鐘的速率球磨濕混10 15h，其中，BaxSivXS04中0 < x < l，無(wú)水乙醇的加入量為氧化物陶瓷粉和BaxSivXS04粉總質(zhì)量的1 3倍，氧化物陶瓷粉 和BaxSivXS04粉的總質(zhì)量與Zr02磨球的質(zhì)量比為1 : 3 4 ;二、將球磨濕混后的混合粉體 在80 10(TC下烘干后過(guò)40目篩，然后將過(guò)篩后的均勻細(xì)粉體裝入內(nèi)壁鋪有石墨紙的石 墨模具，再對(duì)石墨模具進(jìn)行冷壓處理，保持施加在石墨模具上的壓強(qiáng)為30 50MPa，保壓時(shí) 間為2 5min ;三、將冷壓處理后的石墨模具放入放電等離子燒結(jié)爐進(jìn)行燒結(jié)，石墨模具上 施加的壓強(qiáng)與步驟二中冷壓處理所用的壓強(qiáng)相同，燒結(jié)溫度800 105(TC，保溫時(shí)間2 5min，最后隨爐冷卻即得氧化物陶瓷/B Sr卜XS04復(fù)合材料。 本實(shí)施方式氧化物陶瓷/BaxSivXS04復(fù)合材料的制備方法工藝簡(jiǎn)單，燒結(jié)溫度低 為800 105(TC，能耗小。制備得到的氧化物陶瓷/B Siv^04復(fù)合材料摩擦磨損性能好， 76(TC高溫下仍具有很低的摩擦系數(shù)和磨損率。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
八不同的是步驟一中按體積百分比 將50 60 %的氧化物陶瓷粉和40 50 %的Ba,SivXS04粉裝入耐磨球磨罐中。其它步驟 及參數(shù)與具體實(shí)施方式
八相同。
具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
八或九不同的是步驟一中氧化 物陶瓷粉為部分穩(wěn)定氧化鋯及氧化鋁增強(qiáng)氧化鋯粉(TZ3Y20A，全稱為(Zr02(3mol% Y203)-20wt% A1203)，氧化鋁粉或氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷粉。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方 式八或九相同。 本實(shí)施方式中氧化物陶瓷粉均為市售產(chǎn)品。其中，TZ3Y20A是由日本東曹(TOSOH) 公司生產(chǎn)的，平均粒徑約為50 80nm。
具體實(shí)施方式
i^一 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
八至十不同的是步驟一中 的B SivXS04粉為依據(jù)
公開日為2008年4月9日，公開號(hào)為CN101157472，申請(qǐng)?zhí)枮?200710144316. 8的《一種制備不同晶體形貌納米堿土金屬硫酸鹽粉體的方法》記載的方法 制備得到。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
八至十相同。
具體實(shí)施方式
十二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
八至i^一不同的是步驟一中Zr02
磨球的粒徑在10 20mm。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
八至i^一相同。
具體實(shí)施方式
十三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
八至十二不同的是步驟一中
Ba,Sr卜XS04中0. 25《x《0. 75。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
八至十二相同。
具體實(shí)施方式
十四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
八至十二不同的是步驟一中
Ba,Sr卜XS04中x = 0. 25。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
八至十二相同。
具體實(shí)施方式
十五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
八至十二不同的是步驟一中
Ba,Sr卜XS04中x = 0. 5。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
八至十二相同。
具體實(shí)施方式
十六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
八至十二不同的是步驟一中
Ba,Sr卜XS04中x = 0. 75。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
八至十二相同。
具體實(shí)施方式
十七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
八至十六不同的是步驟一中耐磨
球磨罐為聚四氟乙烯球磨罐、聚氨酯球磨罐、尼龍球磨罐或氧化鋁球磨罐。其它步驟及參數(shù)
與具體實(shí)施方式
六至十三相同。 具體實(shí)施方式
十八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
八至十七不同的是步驟一中球磨 速率為120 140轉(zhuǎn)/分鐘。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
八至十七相同。
具體實(shí)施方式
十九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
八至十七不同的是步驟一中球磨 速率為130轉(zhuǎn)/分鐘。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
八至十七相同。
具體實(shí)施方式
二十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
八至十九不同的是步驟二中在烘 干球磨濕混后的混合粉體前，用篩子把Zr(^磨球從混合粉體中篩分出來(lái)，再采用空氣烘干 箱將混合粉體烘干。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
八至十九相同。
具體實(shí)施方式
二十一 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
八至二十不同的是步驟二中將 5g篩分后的均勻細(xì)粉體裝入直徑為小20mm，高為40mm的圓柱形石墨模具中。其它步驟及 參數(shù)與具體實(shí)施方式
八至二十相同。
具體實(shí)施方式
二十二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
八至二十一不同的是步驟二中 冷壓處理在數(shù)顯液壓式壓力試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
八至二十一相 同。
具體實(shí)施方式
二十三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
八至二十二不同的是步驟二中 保持施加在石墨模具上的壓強(qiáng)為35 45MPa。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
八至二十二 相同。
具體實(shí)施方式
二十四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
八至二十二不同的是步驟二中 保持施加在石墨模具上的壓強(qiáng)為40MPa。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
八至二十二相同。
具體實(shí)施方式
二十五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
八至二十四不同的是步驟三中 燒結(jié)溫度為900°C 1050°C。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
八至二十四相同。
具體實(shí)施方式
二十六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
八至二十四不同的是步驟三中 燒結(jié)溫度為1050°C。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
八至二十四相同。
具體實(shí)施方式
二十七本實(shí)施方式氧化物陶瓷/B Sr卜XS04復(fù)合材料的制備方法 是通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)的一、按體積百分比將50%的部分穩(wěn)定氧化鋯及氧化鋁增強(qiáng)氧化鋯 粉(TZ3Y20A)和50X的Ba。^Sr。^S04粉裝入耐磨球磨罐中，再向耐磨球磨罐中加入無(wú)水 乙醇和Zr02磨球，以120轉(zhuǎn)/分鐘的速率球磨濕混12h，其中，無(wú)水乙醇的加入量為氧化物 陶瓷粉和Ba。.25Sr。.75S04粉總質(zhì)量的2倍，氧化物陶瓷粉和Ba。.25Sr。. 75S04粉的總質(zhì)量與Zr02 磨球的質(zhì)量比為l : 3;二、將球磨濕混后的混合粉體在10(TC下烘干后過(guò)40目篩，然后將 5g篩分后的細(xì)粉體裝入直徑為小20mm，高為40mm的圓柱形內(nèi)壁鋪有石墨紙的石墨模具中， 再對(duì)石墨模具進(jìn)行冷壓處理，保持施加在石墨模具上的壓強(qiáng)為40MPa，保壓時(shí)間為2min ; 三、將冷壓處理后的石墨模具放入放電等離子燒結(jié)爐進(jìn)行燒結(jié)，石墨模具上施加的壓強(qiáng)與 步驟二中冷壓處理所用的壓強(qiáng)相同，燒結(jié)溫度105(TC，保溫時(shí)間5min，最后隨爐冷卻即得 TZ3Y20A/Bao.25Sr。.75S04復(fù)合材料。 本實(shí)施方式對(duì)得到的TZ3Y20A/Ba。. 25Sr。. 75S04復(fù)合材料進(jìn)行X射線衍射能譜(XRD) 分析，所得譜線如圖1所示。由圖1可見，本實(shí)施方式制備得到的TZ3Y20A/Ba。.25Sr。.75S04復(fù) 合材料由50 %的TZ3Y20A相和50 %的Ba。. 25Sr。. 75S04相組成。 本實(shí)施方式對(duì)制備的TZ3Y20A/Ba。.25Sr。.75S04復(fù)合材料進(jìn)行摩擦磨損試驗(yàn)，試驗(yàn)中 采用球盤式干摩擦，測(cè)試結(jié)果如圖2所示。如圖2中a所示，TZ3Y20A/Ba。.25Sr。.75S04陶瓷 復(fù)合材料在室溫下的摩擦系數(shù)在0. 10 0. 30間，由圖5中b可知，76(TC高溫下TZ3Y20A/ Ba。.25Sr。.75S04陶瓷復(fù)合材料的摩擦系數(shù)在0. 15 0. 30間，均低于現(xiàn)有氧化物陶瓷基合材 料的摩擦系數(shù)。本實(shí)施方式得到的TZ3Y20A/Ba。.25Sr。.75S04陶瓷復(fù)合材料在室溫下摩擦磨損 率為1. 5764X 10—5mm3/N *m，高溫下的磨損率為2. 1648X 10—6mm3/N *m，高溫下的磨損率比現(xiàn) 有氧化物陶瓷材料降低了一個(gè)數(shù)量級(jí)。 本實(shí)施方式對(duì)經(jīng)76(TC高溫摩擦磨損試驗(yàn)后的TZ3Y20A/Ba。.25Sr。.75S04陶瓷復(fù)合 材料進(jìn)行了表面微觀形貌表征，如圖3所示。由圖3可見，經(jīng)76(TC高溫摩擦磨損試驗(yàn)后的 TZ3Y20A/Ba。.25Sr。.75S04陶瓷復(fù)合材料的表面仍保持很好的平整度，磨損小，具有很好的耐 摩擦磨損性能。
具體實(shí)施方式
二十八本實(shí)施方式氧化物陶瓷/B Sr卜XS04復(fù)合材料的制備方法 是通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)的一、按體積百分比將50%的TZ3Y20A粉和50%的Ba。.5Sr。.5S04粉裝 入耐磨球磨罐中，再向耐磨球磨罐中加入無(wú)水乙醇和Zr(^磨球，以130轉(zhuǎn)/分鐘的速率球磨 濕混12h，其中，無(wú)水乙醇的加入量為TZ3Y20A粉和Ba。.25Sr。.75S04粉總質(zhì)量的3倍，TZ3Y20A 粉和Ba。^Sr。.^04粉的總質(zhì)量與Zr(^磨球的質(zhì)量比為1 : 4 ;二、將球磨濕混后的混合粉 體在9(TC下烘干后過(guò)40目篩，然后將5g篩分后的細(xì)粉體裝入直徑為小20mm，高為40mm的 圓柱形內(nèi)壁鋪有石墨紙的石墨模具中，再對(duì)石墨模具進(jìn)行冷壓處理，保持施加在石墨模具 上的壓強(qiáng)為40MPa，保壓時(shí)間為2min ;三、將冷壓處理后的石墨模具放入放電等離子燒結(jié)爐進(jìn)行燒結(jié)，石墨模具上施加的壓強(qiáng)與步驟二中冷壓處理所用的壓強(qiáng)相同，燒結(jié)溫度1050°C，保溫時(shí)間5min，最后隨爐冷卻即得TZ3Y20A/Ba。.5Sr。.5S04復(fù)合材料。 本實(shí)施方式對(duì)制備的氧化物陶瓷/Ba。.5Sr。.5S04復(fù)合材料進(jìn)行摩擦磨損試驗(yàn)，試驗(yàn)中采用球盤式干摩擦，測(cè)試結(jié)果如圖4所示。如圖4中a所示，TZ3Y20A/Ba。.5Sr。.5S04陶瓷復(fù)合材料在室溫下的摩擦系數(shù)在0. 10 0. 12間，由圖4中b可知，76(TC高溫下TZ3Y20A/Ba。.5Sr。.5S04陶瓷復(fù)合材料的摩擦系數(shù)在0. 18 0. 27間，均低于現(xiàn)有氧化物基陶瓷材料的摩擦系數(shù)。本實(shí)施方式得到的TZ3Y20A/Ba。.5Sr。.5S04陶瓷復(fù)合材料在室溫下摩擦磨損率為5. 0804X 10—6mm3/N m，高溫下的磨損率為3. 6114X 10—6mm3/N m，高溫下的磨損率比現(xiàn)有氧化物陶瓷材料降低了 一個(gè)數(shù)量級(jí)。 本實(shí)施方式對(duì)經(jīng)76(TC高溫摩擦磨損試驗(yàn)后的TZ3Y20A/Ba。.5Sr。.5S04陶瓷復(fù)合材料進(jìn)行了表面微觀形貌表征，如圖5所示。由圖5可見，經(jīng)76(TC高溫摩擦磨損試驗(yàn)后的TZ3Y20A/Ba。.5Sr。.5S04陶瓷復(fù)合材料的表面仍保持很好的平整度，磨損小，具有很好的耐摩擦磨損性能。
具體實(shí)施方式
二十九本實(shí)施方式氧化物陶瓷/Ba,SivXS04陶瓷復(fù)合材料的制備方法是通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)的 一 、按體積百分比將50 %的TZ3Y20A粉和50 %的Ba。. 75Sr。. 25S04粉裝入耐磨球磨罐中，再向耐磨球磨罐中加入無(wú)水乙醇和Zr02磨球，以130轉(zhuǎn)/分鐘的速率球磨濕混12h，其中，無(wú)水乙醇的加入量為TZ3Y20A粉和Ba。.25Sr。.75S04粉總質(zhì)量的2倍，TZ3Y20A粉和Ba。.25Sr。.75S04粉的總質(zhì)量與Zr02磨球的質(zhì)量比為1 : 3 ;二、將球磨濕混后的混合粉體在8(TC下烘干后過(guò)40目篩，然后將5g篩分后的細(xì)粉體裝入直徑為小20mm，高為40mm的圓柱形內(nèi)壁鋪有石墨紙的石墨模具中，再對(duì)石墨模具進(jìn)行冷壓處理，保持施加在石墨模具上的壓強(qiáng)為40MPa，保壓時(shí)間為2min ;三、將冷壓處理后的石墨模具放入放電等離子燒結(jié)爐進(jìn)行燒結(jié)，石墨模具上施加的壓強(qiáng)與步驟二中冷壓處理所用的壓強(qiáng)相同，燒結(jié)溫度105(TC，保溫時(shí)間5min，最后隨爐冷卻即得TZ3Y20A/Ba,SivXS04復(fù)合材料。
本實(shí)施方式對(duì)制備的TZ3Y20A/Ba。.75Sr。.25S04復(fù)合材料進(jìn)行摩擦磨損試驗(yàn)，試驗(yàn)中采用球盤式干摩擦，測(cè)試結(jié)果如圖6所示。如圖6中a所示，TZ3Y20A/Ba。.75Sr。.25S04復(fù)合材料在室溫下的摩擦系數(shù)在0. 12 0. 14間，由圖6中b可知，76(TC高溫下TZ3Y20A/Ba。.75Sr。.25S04復(fù)合材料的摩擦系數(shù)在0. 20 0. 28間，均低于現(xiàn)有氧化物陶瓷基材料的摩擦系數(shù)。本實(shí)施方式得到的TZ3Y20A/Ba。. 75Sr。. 25S04復(fù)合材料在室溫下磨損率為2. 15X 10—5mm3/N m，高溫下的磨損率為5. 9949X 10—6mm3/N m，高溫下的磨損率比現(xiàn)有氧化物陶瓷材料降低了 一個(gè)數(shù)量級(jí)。 本實(shí)施方式對(duì)經(jīng)760。C高溫摩擦磨損試驗(yàn)后的TZ3Y20A/Ba。.75Sr。.25S04復(fù)合材料進(jìn)行了表面微觀形貌表征，如圖7所示。由圖7可見，經(jīng)76(TC高溫摩擦磨損試驗(yàn)后的TZ3Y20A/Ba。.75Sr。.25S04復(fù)合材料的表面仍保持很好的平整度，磨損小，具有很好的耐摩擦磨損性能。
具體實(shí)施方式
三十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
二十七、二十八或二十九不同的是步驟一中按體積百分比將50%的氧化鋁陶瓷粉和50X的Ba,Siv^04粉裝入耐磨球磨罐中，得氧化鋁陶瓷/B Siv^04復(fù)合材料。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
二十七、二十八或二十九相同。 本實(shí)施方式得到的氧化鋁陶瓷/B Sr卜XS04復(fù)合材料室溫下的摩擦系數(shù)為0. 12 0. 13間，76(TC高溫下的摩擦系數(shù)在0. 20 0. 27間，均低于現(xiàn)有氧化物陶瓷基材料的摩擦系數(shù)。
具體實(shí)施方式
三i^一 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
二十七、二十八或二十九不同的是步驟一中按體積百分比將50%的氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷粉和50X的Ba,Siv^04粉裝入耐磨球磨罐中，得氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷/B Siv^04復(fù)合材料。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
二十七、二十八或二十九相同。 本實(shí)施方式得到的氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷/BaxSri—XS04復(fù)合材料室溫下的摩擦系數(shù)為0. 10 0. 13間，76(TC高溫下的摩擦系數(shù)在0. 18 0. 27間，均低于現(xiàn)有氧化物陶瓷基材料的摩擦系數(shù)。
權(quán)利要求
一種氧化物陶瓷/BaxSr1-xSO4復(fù)合材料，其特征在于氧化物陶瓷/BaxSr1-xSO4復(fù)合材料是按體積百分比由50～90％氧化物陶瓷相和10～50％的BaxSr1-xSO4相組成，其中，BaxSr1-xSO4中0＜x＜1。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氧化物陶瓷/BaxSivXS04復(fù)合材料，其特征在于氧化物陶瓷/B SivXS04復(fù)合材料是按體積百分比由50 60%的氧化物陶瓷相和40 50%的BaxSiv^04相組成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種氧化物陶瓷/BaxSivXS04復(fù)合材料，其特征在于氧化物陶瓷為部分穩(wěn)定氧化鋯及氧化鋁增強(qiáng)氧化鋯，氧化鋁或氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種氧化物陶瓷/B Siv^04復(fù)合材料，其特征在于BaxSivXS04中0. 25《x《0. 75。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種氧化物陶瓷/B Siv^04復(fù)合材料，其特征在于BaxSivXS04中x = 0. 5。
6. 如權(quán)利要求1所述的氧化物陶瓷/BaxSivXS04復(fù)合材料的制備方法，其特征在于氧化物陶瓷/B Siv^04復(fù)合材料的制備方法是通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)的一、按體積百分比將50 90%的氧化物陶瓷粉和10 50%的BaxSiv^04粉裝入耐磨球磨罐中，再向耐磨球磨罐中加入無(wú)水乙醇和Zr(^磨球，以100 150轉(zhuǎn)/分鐘的速率球磨濕混10 15h，其中，Ba,SivXS04中0 < x < l，無(wú)水乙醇的加入量為氧化物陶瓷粉和B SivXS04粉總質(zhì)量的1 3倍，氧化物陶瓷粉和B SivXS04粉的總質(zhì)量與Zr02磨球的質(zhì)量比為1 : 3 4 ;二、將球磨濕混后的混合粉體在80 10(TC下烘干后過(guò)40目篩，然后將過(guò)篩后的均勻細(xì)粉體裝入內(nèi)壁鋪有石墨紙的石墨模具，再對(duì)石墨模具進(jìn)行冷壓處理，保持施加在石墨模具上的壓強(qiáng)為30 50MPa，保壓時(shí)間為2 5min ;三、將冷壓處理后的石墨模具放入放電等離子燒結(jié)爐進(jìn)行燒結(jié)，石墨模具上施加的壓強(qiáng)與步驟二中冷壓處理所用的壓強(qiáng)相同，燒結(jié)溫度800 105(TC，保溫時(shí)間2 5min，最后隨爐冷卻即得氧化物陶瓷/Ba,SivXS04復(fù)合材料。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的氧化物陶瓷/B Siv^04復(fù)合材料的制備方法，其特征在于氧化物陶瓷粉為部分穩(wěn)定氧化鋯及氧化鋁增強(qiáng)氧化鋯粉，氧化鋁粉或氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷粉。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的氧化物陶瓷/BaxSivXS04復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟一中BaxSivXS04中0. 25《x《0. 75。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的氧化物陶瓷/B Siv^04復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟二中保持施加在石墨模具上的壓強(qiáng)為35 45MPa。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6、7或9所述的氧化物陶瓷/BaxSivXS04復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟三中燒結(jié)溫度為1050°C。
全文摘要
一種氧化物陶瓷/BaxSr1-xSO4陶瓷復(fù)合材料及其制備方法，它涉及一種氧化物陶瓷復(fù)合材料及其制備方法。本發(fā)明解決了現(xiàn)有氧化物陶瓷材料在室溫至760℃廣域溫度下摩擦系數(shù)大，760℃高溫下磨損率大，及現(xiàn)有制備工藝燒結(jié)溫度高的問(wèn)題。本發(fā)明的陶瓷復(fù)合材料由氧化物陶瓷相和BaxSr1-xSO4相組成。本發(fā)明方法是球磨濕混，烘干，過(guò)篩；細(xì)粉體裝入石墨模具，冷壓處理；放電等離子燒結(jié)即得氧化物陶瓷/BaxSr1-xSO4復(fù)合材料。本發(fā)明的陶瓷復(fù)合材料室溫至760℃廣域溫度下摩擦系數(shù)均小于0.3，760℃高溫下磨損率在10-6mm3/N·m數(shù)量級(jí)，本發(fā)明的制備工藝燒結(jié)溫度低。
文檔編號(hào)C04B35/10GK101723650SQ20091007313
公開日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2009年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月4日
發(fā)明者劉占國(guó), 周玉, 李玉峰, 梁雪松, 歐陽(yáng)家虎 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)