專利名稱：ZnO涂覆的陶瓷相增強(qiáng)鋁基或鎂基復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種陶瓷相增強(qiáng)鋁基或鎂基復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有復(fù)合材料中陶瓷相和基體的浸潤性差，界面結(jié)合強(qiáng)度低，而且陶瓷相和基體中的元素發(fā)生反應(yīng)，不僅損傷陶瓷相，還在界面形成脆性的尖晶石相，影響復(fù)合材料的力學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有復(fù)合材料中陶瓷相和基體的浸潤性差，界面結(jié)合強(qiáng)度低，影響復(fù)合材料力學(xué)性能的問題，今提供一種ZnO涂覆的陶瓷相增強(qiáng)鋁基或鎂基復(fù)合材料及其制備方法。ZnO涂覆的陶瓷相增強(qiáng)鋁基或鎂基復(fù)合材料由ZnO、陶瓷相和鋁基或鎂基三種原料制成；其中ZnO的質(zhì)量是陶瓷相質(zhì)量的2～30％，ZnO和陶瓷相的體積占三種原料體積的15～40％，其余體積為鋁基或鎂基。其制備方法通過以下步驟實(shí)現(xiàn)(一)將陶瓷相加入到ZnO的溶膠中攪拌至粘稠，其中ZnO的質(zhì)量是陶瓷相質(zhì)量的2～30％；(二)溶膠在450～600℃下焙燒1～2h，然后用水分散、烘干、制成ZnO涂覆的陶瓷相；(三)將ZnO涂覆的陶瓷相制成預(yù)制塊，并在600～750℃下焙燒1～2h；(四)擠壓鑄造，即得到ZnO涂覆的陶瓷相增強(qiáng)鋁基或鎂基復(fù)合材料，其中ZnO涂覆的陶瓷相的體積占復(fù)合材料體積的15～40％，復(fù)合材料其余60～85％的體積為鋁基或鎂基。
本發(fā)明將ZnO涂覆到陶瓷相上，提高了陶瓷相與基體的浸潤性，陶瓷相和基體中的元素不發(fā)生反應(yīng)，陶瓷相完整，改善了陶瓷相與基體的界面結(jié)合，提高陶瓷相與基體的結(jié)合強(qiáng)度，使復(fù)合材料的力學(xué)性能顯著提高，抗拉強(qiáng)度提高了5～20％、延伸率提高了45～90％。


圖1是沒有ZnO涂覆的陶瓷相的掃描電鏡觀察圖，圖2是ZnO涂覆的陶瓷相的掃描電鏡觀察圖。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式ZnO涂覆的陶瓷相增強(qiáng)鋁基或鎂基復(fù)合材料由ZnO、陶瓷相和鋁基或鎂基三種原料制成；其中ZnO的質(zhì)量是陶瓷相質(zhì)量的2～30％，ZnO和陶瓷相的體積占三種原料體積的15～40％，其余體積為鋁基或鎂基。
具體實(shí)施方式
二本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是陶瓷相為顆粒、晶須中的一種或幾種的混合物。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
二的不同點(diǎn)是顆粒為鋰霞石顆粒、Al2O3顆粒、SiC顆粒、Si3N4顆粒、AlN顆粒、TiC顆粒中的一種或幾種的混合物。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
二的不同點(diǎn)是晶須為9Al2O3·2B2O3(Al18B4O33)晶須、2MgO·B2O3(Mg2B3O5)晶須、SiC晶須、AlN晶須、Si3N4晶須、CaSO4晶須、CaCO3晶須中的一種或幾種的混合物。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是鋁基或鎂基為純鋁、純鎂、鋁合金或鎂合金中的一種。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是ZnO的質(zhì)量是陶瓷相質(zhì)量的10～20％，ZnO和陶瓷相的體積占三種原料體積的20～35％，其余體積為鋁基或鎂基。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是ZnO的質(zhì)量是陶瓷相質(zhì)量的15％，ZnO和陶瓷相的體積占三種原料體積的27％，其余體積為鋁基或鎂基。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是ZnO的質(zhì)量是陶瓷相質(zhì)量的6％，ZnO和陶瓷相的體積占三種原料體積的18％，其余體積為鋁基或鎂基。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是ZnO的質(zhì)量是陶瓷相質(zhì)量的25％，ZnO和陶瓷相的體積占三種原料體積的37％，其余體積為鋁基或鎂基。
具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式通過以下步驟進(jìn)行ZnO涂覆的陶瓷相增強(qiáng)鋁基或鎂基復(fù)合材料的制備(一)將陶瓷相加入到ZnO的溶膠中攪拌至粘稠，其中ZnO的質(zhì)量是陶瓷相質(zhì)量的2～30％；(二)溶膠在450～600℃下焙燒1～2h，然后用水分散、烘干、制成ZnO涂覆的陶瓷相；(三)將ZnO涂覆的陶瓷相制成預(yù)制塊，并在600～750℃下焙燒1～2h；(四)擠壓鑄造，即得到ZnO涂覆的陶瓷相增強(qiáng)鋁基或鎂基復(fù)合材料，其中ZnO涂覆的陶瓷相的體積占復(fù)合材料體積的15～40％，復(fù)合材料其余60～85％的體積為鋁基或鎂基。
本實(shí)施方式利用掃描電鏡對ZnO涂覆的陶瓷相和沒有ZnO涂覆的陶瓷相進(jìn)行對比觀察。圖1是沒有ZnO涂覆的陶瓷相的掃描電鏡觀察圖，圖2是ZnO涂覆的陶瓷相的掃描電鏡觀察圖。通過觀察可以發(fā)現(xiàn)ZnO涂覆的陶瓷相表面粗糙，證明陶瓷相的界面得到明顯改善。
具體實(shí)施方式
十一本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十的不同點(diǎn)是步驟(一)中ZnO的質(zhì)量是陶瓷相質(zhì)量的10～20％。
具體實(shí)施方式
十二本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十的不同點(diǎn)是步驟(一)中ZnO的質(zhì)量是陶瓷相質(zhì)量的15％。
具體實(shí)施方式
十三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十的不同點(diǎn)是步驟(一)中ZnO的質(zhì)量是陶瓷相質(zhì)量的6％。
具體實(shí)施方式
十四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十的不同點(diǎn)是步驟(一)中ZnO的質(zhì)量是陶瓷相質(zhì)量的25％。
具體實(shí)施方式
十五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十的不同點(diǎn)是步驟(二)溶膠在500～550℃下焙燒1.5h。
具體實(shí)施方式
十六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十的不同點(diǎn)是步驟(四)中ZnO涂覆的陶瓷相的體積占復(fù)合材料體積的20～30％，復(fù)合材料其余70～80％的體積為鋁基或鎂基。
具體實(shí)施方式
十七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十的不同點(diǎn)是步驟(四)中ZnO涂覆的陶瓷相的體積占復(fù)合材料體積的27％，復(fù)合材料其余73％的體積為鋁基或鎂基。
具體實(shí)施方式
十八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十的不同點(diǎn)是步驟(四)中ZnO涂覆的陶瓷相的體積占復(fù)合材料體積的18％，復(fù)合材料其余82％的體積為鋁基或鎂基。
具體實(shí)施方式
十九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十的不同點(diǎn)是步驟(四)中ZnO涂覆的陶瓷相的體積占復(fù)合材料體積的37％，復(fù)合材料其余63％的體積為鋁基或鎂基。
具體實(shí)施方式
二十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十的不同點(diǎn)是陶瓷相為顆粒、晶須中的一種或幾種的混合物。
具體實(shí)施方式
二十一本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
二十的不同點(diǎn)是顆粒為鋰霞石顆粒、Al2O3顆粒、SiC顆粒、Si3N4顆粒、AlN顆粒、TiC顆粒中的一種或幾種的混合物。
具體實(shí)施方式
二十二本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
二十的不同點(diǎn)是晶須為9Al2O3·2B2O3(Al18B4O33)晶須、2MgO·B2O3(Mg2B3O5)晶須、SiC晶須、AlN晶須、Si3N4晶須、CaSO4晶須、CaCO3晶須中的一種或幾種的混合物。
具體實(shí)施方式
二十三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十的不同點(diǎn)是鋁基或鎂基為純鋁、純鎂、鋁合金或鎂合金中的一種。
具體實(shí)施方式
二十四本實(shí)施方式制備ZnO涂覆的陶瓷相增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料(一)將SiC顆粒100g加入到含有20g ZnO的溶膠中攪拌至粘稠；(二)溶膠在450～500℃下焙燒1～2h，然后用水分散、烘干、制成ZnO涂覆的SiC顆粒；(三)將ZnO涂覆的SiC顆粒制成預(yù)制塊，并在600～750℃下焙燒1～2h；(四)擠壓鑄造，即得到ZnO涂覆的陶瓷相增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料，其中ZnO涂覆的SiC顆粒的體積占復(fù)合材料體積的40％，復(fù)合材料其余60％的體積為鎂合金。
具體實(shí)施方式
二十五本實(shí)施方式制備ZnO涂覆的陶瓷相增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料(一)將硼酸鎂晶須100g加入到含有2.5g ZnO的溶膠中攪拌至粘稠；(二)溶膠在500～550℃下焙燒1～2h，然后用水分散、烘干、制成ZnO涂覆的硼酸鎂晶須；(三)將ZnO涂覆的硼酸鎂晶須制成預(yù)制塊，并在600～750℃下焙燒1～2h；(四)擠壓鑄造，即得到ZnO涂覆的陶瓷相增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，其中ZnO涂覆的硼酸鎂晶須的體積占復(fù)合材料體積的30％，復(fù)合材料其余70％的體積為純鋁。
具體實(shí)施方式
二十六本實(shí)施方式制備ZnO涂覆的陶瓷相增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料、(一)將AlN晶須、CaSO4晶須、鋰霞石顆粒和Si3N4顆粒100g加入到含有10g ZnO的溶膠中攪拌至粘稠；(二)溶膠在500～550℃下焙燒1～2h，然后用水分散、烘干、制成ZnO涂覆的AlN晶須、ZnO涂覆的CaSO4晶須、ZnO涂覆的鋰霞石顆粒和ZnO涂覆的Si3N4顆粒；(三)將ZnO涂覆的AlN晶須、ZnO涂覆的CaSO4晶須、ZnO涂覆的鋰霞石顆粒和ZnO涂覆的Si3N4顆粒制成預(yù)制塊，并在600～750℃下焙燒1～2h；(四)擠壓鑄造，即得到ZnO涂覆的陶瓷相增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，其中ZnO涂覆的AlN晶須、ZnO涂覆的CaSO4晶須、ZnO涂覆的鋰霞石顆粒和ZnO涂覆的Si3N4顆粒的總體積占復(fù)合材料體積的20％，復(fù)合材料其余80％的體積為鋁合金。
具體實(shí)施方式
二十七本實(shí)施方式制備ZnO涂覆的陶瓷相增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料(一)將Al2O3顆粒、9Al2O3·2B2O3晶須須共100g加入到含有5g ZnO的溶膠中攪拌至粘稠；(二)溶膠在450～600℃下焙燒1～2h，然后用水分散、烘干、制成ZnO涂覆的Al2O3顆粒和ZnO涂覆的9Al2O3·2B2O3晶須；(三)將ZnO涂覆的Al2O3顆粒和ZnO涂覆的9Al2O3·2B2O3晶須制成預(yù)制塊，并在600～750℃下焙燒1～2h；(四)擠壓鑄造，即得到ZnO涂覆的陶瓷相增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料，其中ZnO涂覆的Al2O3顆粒和ZnO涂覆的9Al2O3·2B2O3晶須的總體積占復(fù)合材料體積的25％，復(fù)合材料其余75％的體積為純鎂。
具體實(shí)施方式
二十八本實(shí)施方式制備ZnO涂覆的陶瓷相增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料(一)將TiC顆粒、Si3N4顆粒共100g加入到含有20g ZnO的溶膠中攪拌至粘稠；(二)溶膠在450～500℃下焙燒1～2h，然后用水分散、烘干、制成ZnO涂覆的TiC顆粒和ZnO涂覆的Si3N4顆粒；(三)將ZnO涂覆的TiC顆粒和ZnO涂覆的Si3N4顆粒制成預(yù)制塊，并在600～750℃下焙燒1～2h；(四)擠壓鑄造，即得到ZnO涂覆的陶瓷相增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料，其中ZnO涂覆的TiC顆粒和ZnO涂覆的Si3N4顆粒的總體積占復(fù)合材料體積的35％，復(fù)合材料其余65％的體積為鎂合金。
具體實(shí)施方式
二十九本實(shí)施方式制備ZnO涂覆的陶瓷相增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料(一)將Si3N4晶須、CaCO3晶須、AlN晶須共100g加入到含有30g ZnO的溶膠中攪拌至粘稠；(二)溶膠在450～600℃下焙燒1～2h，然后用水分散、烘干、制成ZnO涂覆的Si3N4晶須、ZnO涂覆的CaCO3晶須和ZnO涂覆的AlN晶須；(三)將ZnO涂覆的Si3N4晶須、ZnO涂覆的CaCO3晶須和ZnO涂覆的AlN晶須制成預(yù)制塊，并在600～750℃下焙燒1～2h；(四)擠壓鑄造，即得到ZnO涂覆的陶瓷相增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，其中ZnO涂覆的Si3N4晶須、ZnO涂覆的CaCO3晶須和ZnO涂覆的AlN晶須的總體積占復(fù)合材料體積的15％，復(fù)合材料其余85％的體積為鋁合金。
權(quán)利要求
1.ZnO涂覆的陶瓷相增強(qiáng)鋁基或鎂基復(fù)合材料，其特征是它由ZnO、陶瓷相和鋁基或鎂基三種原料制成；其中ZnO的質(zhì)量是陶瓷相質(zhì)量的2～30％，ZnO和陶瓷相的體積占三種原料體積的15～40％，其余體積為鋁基或鎂基。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ZnO涂覆的陶瓷相增強(qiáng)鋁基或鎂基復(fù)合材料，其特征在于陶瓷相為顆粒、晶須中的一種或幾種的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的ZnO涂覆的陶瓷相增強(qiáng)鋁基或鎂基復(fù)合材料，其特征在于顆粒為鋰霞石顆粒、Al2O3顆粒、SiC顆粒、Si3N4顆粒、AlN顆粒、TiC顆粒中的一種或幾種的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的ZnO涂覆的陶瓷相增強(qiáng)鋁基或鎂基復(fù)合材料，其特征在于晶須為9Al2O3·2B2O3晶須、2MgO·B2O3晶須、SiC晶須、AlN晶須、Si3N4晶須、CaSO4晶須、CaCO3晶須中的一種或幾種的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ZnO涂覆的陶瓷相增強(qiáng)鋁基或鎂基復(fù)合材料，其特征在于鋁基或鎂基為純鋁、純鎂、鋁合金或鎂合金中的一種。
6.ZnO涂覆的陶瓷相增強(qiáng)鋁基或鎂基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于它按下述步驟進(jìn)行(一)將陶瓷相加入到ZnO的溶膠中攪拌至粘稠，其中ZnO的質(zhì)量是陶瓷相質(zhì)量的2～30％；(二)溶膠在450～600℃下焙燒1～2h，然后用水分散、烘干、制成ZnO涂覆的陶瓷相；(三)將ZnO涂覆的陶瓷相制成預(yù)制塊，并在600～750℃下焙燒1～2h；(四)擠壓鑄造，即得到ZnO涂覆的陶瓷相增強(qiáng)鋁基或鎂基復(fù)合材料，其中ZnO涂覆的陶瓷相的體積占復(fù)合材料體積的15～40％，復(fù)合材料其余60～85％的體積為鋁基或鎂基。
全文摘要
ZnO涂覆的陶瓷相增強(qiáng)鋁基或鎂基復(fù)合材料及其制備方法，它涉及一種陶瓷相增強(qiáng)鋁基或鎂基復(fù)合材料及其制備方法。它解決了現(xiàn)有復(fù)合材料中陶瓷相和基體的浸潤性差，界面結(jié)合強(qiáng)度低，影響復(fù)合材料力學(xué)性能的問題。ZnO涂覆的陶瓷相增強(qiáng)鋁基或鎂基復(fù)合材料由ZnO、陶瓷相和鋁基或鎂基三種原料制成。其制備方法1.將陶瓷相加入ZnO溶膠中；2.制備ZnO涂覆的陶瓷相；3.將ZnO涂覆的陶瓷相制成預(yù)制塊并焙燒；4.擠壓鑄造，即得到ZnO涂覆的陶瓷相增強(qiáng)鋁基或鎂基復(fù)合材料。ZnO涂覆到陶瓷相上提高了陶瓷相與基體的浸潤性，改善了陶瓷相與基體的界面，使復(fù)合材料的力學(xué)性能顯著提高。
文檔編號C22C1/05GK1793406SQ200510127309
公開日2006年6月28日 申請日期2005年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月6日
發(fā)明者費(fèi)維棟, 岳紅彥, 王黎東 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)