一种单晶蓝宝石纤维在氧化锆陶瓷复合材料中的分散方法及一种复合材料的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于复合材料领域，特别涉及一种单晶蓝宝石纤维在氧化锆陶瓷复合材料中的分散方法及一种复合材料。
【背景技术】
[0002]单晶蓝宝石纤维是一种具有一定长径比的单晶氧化铝纤维(晶须)，它与半导体衬底蓝宝石晶圆材料用途和制备方法完全不同。高熔点、高强度、高模量、耐强腐蚀是对第三代先进复合材料的综合要求。而单晶蓝宝石纤维是目前满足综合要求的最佳选择。
[0003]直径微米级的单晶蓝宝石纤维，加入到其他材料中生产的产品，就会有各种神奇的功能改变。清华东莞创新中心成功引入西班牙“单晶蓝宝石纤维规模化制备及其增强复合材料创新研宄及产业化”项目及团队。新型复合材料是国家战略性新兴产业，高熔点、高强度、高模量、耐强腐蚀是对第三代复合材料的综合要求，而单晶蓝宝石纤维是目前满足综合要求的最佳选择。
[0004]目前对复合材料的研宄，现有美国专利US 6，905，992 B2碳化硅晶须增强的陶瓷体及其制作方法。US 6，905，992 B2公开的是碳化硅陶瓷，在氧化铝或氧化钇陶瓷中加入的是碳化娃晶须增强剂，制备方法为碳化娃在真空环境1500度处理60min，球磨30min，然后加入陶瓷基材氧化铝或氧化钇，继续球磨两小时。
[0005]碳化硅晶须因其高温耐氧化性能的限制，在某些有氧高温的使用环境下受到限制；采用的分散与混合方法中，球磨容易使晶须断裂，降低晶须材料的长径比，从而降低了复合材料的增韧效果以及耐磨性等特性。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种单晶蓝宝石纤维在氧化锆陶瓷复合材料中的分散方法，可以较为环保的生产高强度耐高温复合材料，解决了现有技术中的问题。
[0007]为实现以上目的，本发明的技术方案为:
一种单晶蓝宝石纤维在氧化锆陶瓷复合材料中的分散方法，包括:a、将单晶蓝宝石纤维加入分散剂中，煮沸或超声波使其在分散剂中分布均匀；b、将氧化锆陶瓷粉加入含有单晶蓝宝石纤维的分散剂中，搅拌均匀，抽真空干燥C、制模成型，烧结为陶瓷复合材料。
[0008]所述分散剂为乙醇、丙醇、异丙醇和水的任一种及以上；所述单晶蓝宝石纤维、分散剂与氧化锆陶瓷的重量分数为:单晶蓝宝石纤维和分散剂0.05-30 ;氧化锆陶瓷粉70-99.5 ;分散剂的体积大于带有涂层的纤维和氧化锆陶瓷粉的总体积。
[0009]所述制备方法c烧结陶瓷复合材料中还是用了用于降低陶瓷烧结温度的助烧剂，烧结陶瓷方法如常规陶瓷烧制方法。
[0010]所述助烧剂体积分数占总体积的0.5-7% ;所述助烧剂为Al203、Ti02、Y203的任一种及以上。
[0011]所述助烧剂为Al203、Ti02、Y2O3, Al2O3重量份数为总重量的0.2-0.6% ；Ti02重量份数为总重量的0.2-0.6% ;Y203重量份数为总重量的3-6%。
[0012]一种复合材料，由本发明所述的方法制得，其用途在于:用于制备飞机发动机部件、导弹喉衬管、防弹装甲、高层建筑陶瓷板、电子产品、切削刀具以及运输工具防护板。
[0013]本发明的有益效果是:
1、本发明将单晶蓝宝石纤维加入氧化锆陶瓷粉末中制备复合陶瓷材料，极大增加了复合材料在极端环境下的耐受程度。
[0014]2、本发明采用分散剂将单晶蓝宝石纤维均匀分散至氧化锆陶瓷粉末中，而不是采用常规球磨的方法，可以有效保护晶须的完整性，又使单晶蓝宝石纤维在陶瓷粉中分散均匀。
[0015]3、本发明在烧结陶瓷过程中还加入了助烧剂，可以有效降低陶瓷的烧结温度，降低了生产能耗。
【具体实施方式】
[0016]根据以下实施例进一步说明本发明的实施方式。
[0017]实施例1:
一种单晶蓝宝石纤维在氧化锆陶瓷复合材料中的分散方法，包括:a、将单晶蓝宝石纤维加入分散剂中，煮沸15分钟或超声波使其在分散剂中分布均匀；b、将氧化锆陶瓷粉加入含有单晶蓝宝石纤维的分散剂中，搅拌均匀，抽真空干燥C、制模成型，烧结为陶瓷复合材料。
[0018]所述分散剂为乙醇；所述单晶蓝宝石纤维和分散剂与氧化锆陶瓷的重量分数为:单晶蓝宝石纤维和分散剂8.5 ;氧化锆陶瓷粉90 ;分散剂的体积大于单晶蓝宝石纤维和氧化锆陶瓷粉的总体积。
[0019]所述制备方法c烧结陶瓷复合材料中还是用了用于降低陶瓷烧结温度的助烧剂，烧结陶瓷方法如常规陶瓷烧制方法。
[0020]所述助烧剂为Al203、Ti02、Y203三种，其中Al 203重量份数为总重量的0.5% ;1102重量份数为总重量的0.5% ;Y203重量份数为总重量的3-6%。
[0021]一种由本发明实施例1方法制得的合材料，其用途在于:用于制备飞机发动机部件、导弹喉衬管、防弹装甲、高层建筑陶瓷板、电子产品、切削刀具以及运输工具防护板等。
[0022]实施例2
一种单晶蓝宝石纤维在氧化锆陶瓷复合材料中的分散方法，包括:a、将单晶蓝宝石纤维加入分散剂中，煮沸15分钟或超声波使其在分散剂中分布均匀；b、将氧化锆陶瓷粉加入含有单晶蓝宝石纤维的分散剂中，搅拌均匀，抽真空干燥C、制模成型，烧结为陶瓷复合材料。
[0023]所述分散剂为异丙醇；所述单晶蓝宝石纤维和分散剂与氧化锆陶瓷的重量分数为:单晶蓝宝石纤维和分散剂23.5 ;氧化锆陶瓷粉75 ;分散剂的体积大于单晶蓝宝石纤维和氧化锆陶瓷粉的总体积。
[0024]所述制备方法c烧结陶瓷复合材料中还是用了用于降低陶瓷烧结温度的助烧剂，烧结陶瓷方法如常规陶瓷烧制方法。
[0025]所述助烧剂优选为A1203、T12, Y2O3三种，其中Al 203重量份数为总重量的0.5% ；T12重量份数为总重量的0.5% ；Y 203重量份数为总重量的3-6%。
[0026]一种由本发明实施例2方法制得的合材料，其用途在于:用于制备飞机发动机部件、导弹喉衬管、防弹装甲、高层建筑陶瓷板、电子产品、切削刀具以及运输工具防护板等。
[0027]实施例3:
一种单晶蓝宝石纤维在氧化锆陶瓷复合材料中的分散方法，包括:a、将单晶蓝宝石纤维加入分散剂中，煮沸20分钟或超声波使其在分散剂中分布均匀；b、将氧化锆陶瓷粉加入含有单晶蓝宝石纤维的分散剂中，搅拌均匀，抽真空干燥C、制模成型，烧结为陶瓷复合材料。
[0028]所述分散剂为水；所述单晶蓝宝石纤维和分散剂与氧化锆陶瓷的重量分数为:单晶蓝宝石纤维和分散剂16.5 ;氧化锆陶瓷粉82 ;分散剂的体积大于单晶蓝宝石纤维和氧化锆陶瓷粉的总体积。
[0029]所述制备方法c烧结陶瓷复合材料中还是用了用于降低陶瓷烧结温度的助烧剂，烧结陶瓷方法如常规陶瓷烧制方法。
[0030]所述助烧剂优选为A1203、T12, Y2O3三种，其中Al 203重量份数为总重量的0.5% ；T12重量份数为总重量的0.5% ；Y 203重量份数为总重量的3-6%。
[0031]一种复合材料，由本发明的上述方法制得，其用途在于:用于制备飞机发动机部件、导弹喉衬管、防弹装甲、高层建筑陶瓷板、电子产品、切削刀具以及运输工具防护板等。
[0032]以上所述的实施例仅为说明本发明的技术思想及特点，其描述较为具体和详细，其目的在于使本领域的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，因此不能仅以此来限定本发明的专利范围，应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，即凡依据本发明实施例所作的任何修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。
【主权项】
1.一种单晶蓝宝石纤维在氧化锆陶瓷复合材料中的分散方法，包括:a、将单晶蓝宝石纤维加入分散剂中，煮沸或超声波使其在分散剂中分布均匀；b、将氧化锆陶瓷粉加入含有单晶蓝宝石纤维的分散剂中，搅拌均匀，抽真空干燥C、制模成型，烧结为陶瓷复合材料。
2.根据权利要求1所述的单晶蓝宝石纤维在氧化锆陶瓷复合材料中的分散方法，所述分散剂为乙醇、丙醇、异丙醇和水的任一种及以上；所述单晶蓝宝石纤维、分散剂与氧化锆陶瓷的重量分数为:单晶蓝宝石纤维和分散剂0.05-30 ;氧化锆陶瓷粉70-99.5 ;分散剂的体积大于带有涂层的纤维和氧化锆陶瓷粉的总体积。
3.根据权利要求1所述的单晶蓝宝石纤维在氧化锆陶瓷复合材料中的分散方法，所述制备方法c烧结陶瓷复合材料中还是用了用于降低陶瓷烧结温度的助烧剂，烧结陶瓷方法如常规陶瓷烧制方法。
4.根据权利要求3所述的单晶蓝宝石纤维在氧化锆陶瓷复合材料中的分散方法，所述助烧剂体积分数占总体积的0.5-7% ;所述助烧剂为A1203、T12, Y2O3的任一种及以上。
5.根据权利要求4所述的单晶蓝宝石纤维在氧化锆陶瓷复合材料中的分散方法，所述助烧剂为A1203、Ti02、Y2O3, Al2O3重量份数为总重量的0.2-0.6% ；T1 2重量份数为总重量的0.2-0.6% ;Y203重量份数为总重量的3-6%。
6.一种复合材料，由权利要求1-5任一项所述的方法制得，其用途在于:用于制备飞机发动机部件、导弹喉衬管、防弹装甲、高层建筑陶瓷板、电子产品、切削刀具以及运输工具防护板。
【专利摘要】本发明提供一种单晶蓝宝石纤维在氧化锆陶瓷复合材料中的分散方法，包括：a、将单晶蓝宝石纤维加入分散剂中，煮沸15-20分钟或超声波使其在分散剂中分布均匀；b、将氧化锆陶瓷粉加入含有单晶蓝宝石纤维的分散剂中，搅拌均匀，抽真空干燥c、制模成型，烧结为陶瓷复合材料。本发明将单晶蓝宝石纤维加入氧化锆陶瓷粉末中制备复合陶瓷材料，极大地增加了复合材料在极端环境下的耐受程度。具有极大的实用价值和社会意义。
【IPC分类】C04B35-622, C04B35-48, C04B35-80
【公开号】CN104649698
【申请号】CN201410846334
【发明人】吴韬, 金磊, 维克托
【申请人】东莞深圳清华大学研究院创新中心
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2014年12月31日