專利名稱：ZnAl的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硼酸鋁晶須增強鋁基或鎂基復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有硼酸鋁晶須復(fù)合材料中硼酸鋁晶須與基體浸潤性差，界面結(jié)合強度不高，而且硼酸鋁晶須與基體中的元素發(fā)生界面反應(yīng)，不僅損傷了硼酸鋁晶須的完整性，而且在界面形成脆性相，降低了復(fù)合材料的力學(xué)性能，嚴(yán)重地制約了復(fù)合材料的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有復(fù)合材料中硼酸鋁晶須與基體浸潤性差，硼酸鋁晶須與基體中的元素發(fā)生界面反應(yīng)，不僅損傷了硼酸鋁晶須的完整性，而且在界面形成脆性相，降低了復(fù)合材料的力學(xué)性能，嚴(yán)重地制約了復(fù)合材料的應(yīng)用，而提供的一種ZnAl2O4包覆硼酸鋁晶須增強鋁基或鎂基復(fù)合材料及其制備方法。ZnAl2O4包覆硼酸鋁晶須增強鋁基或鎂基復(fù)合材料由ZnO、硼酸鋁晶須和鋁基或鎂基三種原料制成；其中ZnO的質(zhì)量是硼酸鋁晶須質(zhì)量的2～30％，ZnO和硼酸鋁晶須的體積占三種原料體積的15～30％，其余體積為鋁基或鎂基。其制備方法通過以下步驟實現(xiàn)(一)將硼酸鋁晶須加入到ZnO的溶膠中攪拌至粘稠，其中ZnO的質(zhì)量是硼酸鋁晶須質(zhì)量的2～30％；(二)溶膠在450～700℃下焙燒1～3h，然后用水分散、烘干、制成ZnO涂覆的硼酸鋁晶須；(三)將ZnO涂覆的硼酸鋁晶須制成預(yù)制塊，并在800～1000℃下焙燒1～3h，得到硼酸鋁晶須表面包覆ZnAl2O4的預(yù)制塊；(四)擠壓鑄造，即得到ZnAl2O4包覆硼酸鋁晶須增強鋁基或鎂基復(fù)合材料，其中ZnAl2O4包覆的陶瓷相的體積占復(fù)合材料體積的15～30％，復(fù)合材料其余70～85％的體積為鋁基或鎂基。
本發(fā)明中ZnO與硼酸鋁反應(yīng)形成ZnAl2O4包覆到硼酸鋁晶須表面，提高了硼酸鋁晶須與基體的浸潤性，改善了硼酸鋁晶須與基體的界面，ZnAl2O4能有效地阻礙硼酸鋁晶須和基體中的元素不發(fā)生反應(yīng)，使復(fù)合材料的力學(xué)性能顯著提高，抗拉強度提高了10～30％、延伸率提高了50～100％。


圖1是ZnO與硼酸鋁晶須在不同質(zhì)量比的情況下ZnAl2O4包覆硼酸鋁晶須增強鋁基或鎂基復(fù)合材料的抗拉強度和延伸率測試圖，曲線A表示ZnAl2O4包覆硼酸鋁晶須增強鋁基或鎂基復(fù)合材料的延伸率曲線，曲線B表示ZnAl2O4包覆硼酸鋁晶須增強鋁基或鎂基復(fù)合材料的抗拉強度曲線；圖2是沒有ZnAl2O4包覆的硼酸鋁晶須的掃描電鏡觀察圖，圖3是ZnAl2O4包覆的硼酸鋁晶須的掃描電鏡觀察圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一本實施方式ZnAl2O4包覆硼酸鋁晶須增強鋁基或鎂基復(fù)合材料由ZnO、硼酸鋁晶須和鋁基或鎂基三種原料制成；其中ZnO的質(zhì)量是硼酸鋁晶須質(zhì)量的2～30％，ZnO和硼酸鋁晶須的體積占三種原料體積的15～30％，其余體積為鋁基或鎂基。
具體實施方式
二本實施方式與具體實施方式
一的不同點是ZnO的質(zhì)量是硼酸鋁晶須質(zhì)量的10～20％，ZnO和硼酸鋁晶須的體積占三種原料體積的20～25％，其余體積為鋁基或鎂基。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一的不同點是ZnO的質(zhì)量是硼酸鋁晶須質(zhì)量的15％，ZnO和硼酸鋁晶須的體積占三種原料體積的23％，其余體積為鋁基或鎂基。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一的不同點是ZnO的質(zhì)量是硼酸鋁晶須質(zhì)量的6％，ZnO和硼酸鋁晶須的體積占三種原料體積的18％，其余體積為鋁基或鎂基。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一的不同點是ZnO的質(zhì)量是硼酸鋁晶須質(zhì)量的25％，ZnO和硼酸鋁晶須的體積占三種原料體積的27％，其余體積為鋁基或鎂基。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一、二、三、四或五的不同點是鋁基或鎂基為純鋁、純鎂、鋁合金或鎂合金中的一種。
具體實施方式
七本實施方式通過以下步驟進(jìn)行ZnAl2O4包覆硼酸鋁晶須增強鋁基或鎂基復(fù)合材料的制備(一)將硼酸鋁晶須加入到ZnO的溶膠中攪拌至粘稠，其中ZnO的質(zhì)量是硼酸鋁晶須質(zhì)量的2～30％；(二)溶膠在450～700℃下焙燒1～3h，然后用水分散、烘干、制成ZnO涂覆的硼酸鋁晶須；(三)將ZnO涂覆的硼酸鋁晶須制成預(yù)制塊，并在800～1000℃下焙燒1～3h，生成ZnAl2O4包覆的硼酸鋁晶須坯料；(四)擠壓鑄造，即得到ZnAl2O4包覆硼酸鋁晶須增強鋁基或鎂基復(fù)合材料，其中ZnAl2O4包覆的硼酸鋁晶須坯料的體積占復(fù)合材料體積的15～30％，復(fù)合材料其余70～85％的體積為鋁基或鎂基。
本實施方式利用掃描電鏡對ZnAl2O4包覆的硼酸鋁晶須和沒有ZnAl2O4包覆的硼酸鋁晶須進(jìn)行對比觀察。圖2是沒有ZnAl2O4包覆的硼酸鋁晶須的掃描電鏡觀察圖，圖3是ZnAl2O4包覆的硼酸鋁晶須的掃描電鏡觀察圖。通過觀察可以發(fā)現(xiàn)ZnAl2O4包覆的硼酸鋁晶須表面粗糙，證明硼酸鋁晶須的界面得到明顯改善。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
七的不同點是步驟(一)中ZnO的質(zhì)量是硼酸鋁晶須質(zhì)量的10～20％。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
七的不同點是步驟(一)中ZnO的質(zhì)量是硼酸鋁晶須質(zhì)量的15％。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
七的不同點是步驟(一)中ZnO占硼酸鋁晶須質(zhì)量的4％。
具體實施方式
十一本實施方式與具體實施方式
七的不同點是步驟(一)中ZnO的質(zhì)量是硼酸鋁晶須質(zhì)量的27％。
具體實施方式
十二本實施方式與具體實施方式
七的不同點是步驟(二)中溶膠在500～650℃下焙燒1.5～2.5h。
具體實施方式
十三本實施方式與具體實施方式
七的不同點是步驟(二)中溶膠在550℃下焙燒2h。
具體實施方式
十四本實施方式與具體實施方式
七的不同點是步驟(二)中溶膠在600℃下焙燒2.5h。
具體實施方式
十五本實施方式與具體實施方式
七的不同點是步驟(二)中溶膠在450℃下焙燒1h。
具體實施方式
十六本實施方式與具體實施方式
七的不同點是步驟(二)中溶膠在700℃下焙燒3h。
具體實施方式
十七本實施方式與具體實施方式
七的不同點是步驟(三)將預(yù)制塊在850～950℃下焙燒1.5～2.5h。
具體實施方式
十八本實施方式與具體實施方式
七的不同點是步驟(三)將預(yù)制塊在900℃下焙燒2h。
具體實施方式
十九本實施方式與具體實施方式
七的不同點是步驟(四)中ZnAl2O4包覆的硼酸鋁晶須坯料的體積占復(fù)合材料體積的20～25％，復(fù)合材料其余75～80％的體積為鋁基或鎂基。
具體實施方式
二十本實施方式與具體實施方式
七的不同點是步驟(四)中ZnAl2O4包覆的硼酸鋁晶須坯料的體積占復(fù)合材料體積的23％，復(fù)合材料其余77％的體積為鋁基或鎂基。
具體實施方式
二十一本實施方式與具體實施方式
七的不同點是步驟(四)中ZnAl2O4包覆的硼酸鋁晶須坯料的體積占復(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。
具體實施方式
二十二本實施方式與具體實施方式
七的不同點是步驟(四)中ZnAl2O4包覆的硼酸鋁晶須坯料的體積占復(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。
具體實施方式
二十三本實施方式與具體實施方式
七的不同點是鋁基或鎂基為純鋁、純鎂、鋁合金或鎂合金中的一種。
具體實施方式
二十四本實施方式制備ZnAl2O4包覆硼酸鋁晶須增強鋁基復(fù)合材料(一)將硼酸鋁晶須加入到ZnO的溶膠中攪拌至粘稠，其中ZnO的質(zhì)量是硼酸鋁晶須質(zhì)量的10％；(二)溶膠在450～700℃下焙燒1～3h，然后用水分散、烘干、制成ZnO涂覆的硼酸鋁晶須；(三)將ZnO涂覆的硼酸鋁晶須制成預(yù)制塊，并在800～1000℃下焙燒1～3h，生成ZnAl2O4包覆的硼酸鋁晶須坯料；(四)擠壓鑄造，即得到ZnAl2O4包覆硼酸鋁晶須增強鋁基復(fù)合材料，其中ZnAl2O4包覆的硼酸鋁晶須坯料的體積占復(fù)合材料體積的20％，復(fù)合材料其余80％的體積為純鋁。
具體實施方式
二十五本實施方式制備ZnAl2O4包覆硼酸鋁晶須增強鋁基復(fù)合材料(一)將硼酸鋁晶須加入到ZnO的溶膠中攪拌至粘稠，其中ZnO的質(zhì)量是硼酸鋁晶須質(zhì)量的20％；(二)溶膠在450～700℃下焙燒1～3h，然后用水分散、烘干、制成ZnO涂覆的硼酸鋁晶須；(三)將ZnO涂覆的硼酸鋁晶須制成預(yù)制塊，并在800～1000℃下焙燒1～3h，生成ZnAl2O4包覆的硼酸鋁晶須坯料；(四)擠壓鑄造，即得到ZnAl2O4包覆硼酸鋁晶須增強鋁基復(fù)合材料，其中ZnAl2O4包覆的硼酸鋁晶須坯料的體積占復(fù)合材料體積的30％，復(fù)合材料其余70％的體積為鋁合金。
具體實施方式
二十六本實施方式制備ZnAl2O4包覆硼酸鋁晶須增強鎂基復(fù)合材料(一)將硼酸鋁晶須加入到ZnO的溶膠中攪拌至粘稠，其中ZnO的質(zhì)量是硼酸鋁晶須質(zhì)量的20％；(二)溶膠在450～700℃下焙燒1～3h，然后用水分散、烘干、制成ZnO涂覆的硼酸鋁晶須；(三)將ZnO涂覆的硼酸鋁晶須制成預(yù)制塊，并在800～1000℃下焙燒1～3h，生成ZnAl2O4包覆的硼酸鋁晶須坯料；(四)擠壓鑄造，即得到ZnAl2O4包覆硼酸鋁晶須增強鎂基復(fù)合材料，其中ZnAl2O4包覆的硼酸鋁晶須坯料的體積占復(fù)合材料體積的15％，復(fù)合材料其余85％的體積為純鎂。
具體實施方式
二十七本實施方式制備ZnAl2O4包覆硼酸鋁晶須增強鎂基復(fù)合材料(一)將硼酸鋁晶須加入到ZnO的溶膠中攪拌至粘稠，其中ZnO的質(zhì)量是硼酸鋁晶須質(zhì)量的5％；(二)溶膠在450～700℃下焙燒1～3h，然后用水分散、烘干、制成ZnO涂覆的硼酸鋁晶須；(三)將ZnO涂覆的硼酸鋁晶須制成預(yù)制塊，并在800～1000℃下焙燒1～3h，生成ZnAl2O4包覆的硼酸鋁晶須坯料；(四)擠壓鑄造，即得到ZnAl2O4包覆硼酸鋁晶須增強鎂基復(fù)合材料，其中ZnAl2O4包覆的硼酸鋁晶須坯料的體積占復(fù)合材料體積的25％，復(fù)合材料其余75％的體積為鎂合金。
具體實施方式
二十八本實施方式對ZnAl2O4包覆硼酸鋁晶須增強鋁基或鎂基復(fù)合材料進(jìn)行力學(xué)性能測試，測試結(jié)果入圖1所示。圖1中曲線A表示ZnAl2O4包覆硼酸鋁晶須增強鋁基或鎂基復(fù)合材料的延伸率曲線，曲線B表示ZnAl2O4包覆硼酸鋁晶須增強鋁基或鎂基復(fù)合材料的抗拉強度曲線。
權(quán)利要求
1.ZnAl2O4包覆硼酸鋁晶須增強鋁基或鎂基復(fù)合材料，其特征是它由ZnO、硼酸鋁晶須和鋁基或鎂基三種原料制成；其中ZnO的質(zhì)量是硼酸鋁晶須質(zhì)量的2～30％，ZnO和硼酸鋁晶須的體積占三種原料體積的15～30％，其余體積為鋁基或鎂基。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ZnAl2O4包覆硼酸鋁晶須增強鋁基或鎂基復(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。
3.ZnAl2O4包覆硼酸鋁晶須增強鋁基或鎂基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于它按下述步驟進(jìn)行(一)將硼酸鋁晶須加入到ZnO的溶膠中攪拌至粘稠，其中ZnO的質(zhì)量是硼酸鋁晶須質(zhì)量的2～30％；(二)溶膠在450～700℃下焙燒1～3h，然后用水分散、烘干、制成ZnO涂覆的硼酸鋁晶須；(三)將ZnO涂覆的硼酸鋁晶須制成預(yù)制塊，并在800～1000℃下焙燒1～3h，得到硼酸鋁晶須表面包覆ZnAl2O4的預(yù)制塊；(四)擠壓鑄造，即得到ZnAl2O4包覆硼酸鋁晶須增強鋁基或鎂基復(fù)合材料，其中ZnAl2O4包覆的陶瓷相的體積占復(fù)合材料體積的15～30％，復(fù)合材料其余70～85％的體積為鋁基或鎂基。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的ZnAl2O4包覆硼酸鋁晶須增強鋁基或鎂基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟(一)中ZnO的質(zhì)量是硼酸鋁晶須質(zhì)量的10～20％。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的ZnAl2O4包覆硼酸鋁晶須增強鋁基或鎂基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟(二)中溶膠在500～650℃下焙燒1.5～2.5h。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的ZnAl2O4包覆硼酸鋁晶須增強鋁基或鎂基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟(三)中將預(yù)制塊在850～950℃下焙燒1.5～2.5h。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的ZnAl2O4包覆硼酸鋁晶須增強鋁基或鎂基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟(四)中ZnAl2O4包覆的硼酸鋁晶須坯料的體積占復(fù)合材料體積的20～25％，復(fù)合材料其余75～80％的體積為鋁基或鎂基。
8.根據(jù)權(quán)利要求3或7所述的ZnAl2O4包覆硼酸鋁晶須增強鋁基或鎂基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于鋁基或鎂基為純鋁、純鎂、鋁合金或鎂合余中的一種。
全文摘要
ZnAl
文檔編號C22C33/02GK1786250SQ20051012732
公開日2006年6月14日 申請日期2005年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月9日
發(fā)明者費維棟, 岳紅彥, 王黎東 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)