专利名称：一种氮化烧结钛酸铝-氮化硅复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于陶瓷材料领域，具体涉及一种氮化烧结钛酸铝-氮化硅复合材料及其制备方法。
背景技术：
本发明是开发一种可用于冶金、汽车、航天等领域的氮化烧结钛酸铝-氮化硅复合材料。 该复合材料的物相组成是以钛酸铝为主成分，与少量的氮化硅复合而成，该复合材料具有良 好的高溫性能、強度及抗热震性。
钛酸铝(Al2Ti05)陶瓷材料具有高的熔点(1860。C)，在室温 100(TC温度范围，钛酸铝 具有低的热膨胀系数a (a小于零，或接近于零)，是目前仅有的低膨胀、高熔点的抗热震陶 瓷材料。钛酸铝晶体各晶轴热膨胀的差异较大，导致钛酸铝材料在冷却时产生微裂纹，因此 钛酸铝材料的机械强度较低，常温抗折强度低于20MPa。引入稳定剂的钛酸铝材料其强度有 所提高(常温抗折强度30MPa左右)，但仍属较低强度陶瓷材料，限制了钛酸铝材料在钢铁 冶金、航天等领域的进一步应用。王志发等研制的钛酸铝坩埚应用于1650'C合金钢液的合金 钢义齿的感应熔炼铸造过程，坩埚内表面基本无合金钢液残留及侵蚀痕迹，但该钛酸铝埘埚 仍存在强度较低的缺点。
氮化硅(Si3N4)是一种具有良好的强度、耐高温、抗氧化、抗熔体侵蚀、低热膨胀系数 的非氧化物陶瓷材料。其分解温度为1卯(TC，可耐氧化到140(TC， 20 1400。C范围的线性膨 胀系数为(2.8 3.2) X10—，C。在冶金、机械、化工、半导体、航空、原子能等工业上具 有较广泛的应用。
本课题根据多相陶瓷材料的复合改性及反应烧结原理，以钛酸铝及金属硅(Si)为原料， 在高温氮气条件下Si氮化反应合成氮化硅，形成氮化硅结合钛酸铝的氮化烧结钛酸铝-氮化 硅复合材料。制备后的复合材料再次经历高温使用时，复合材料显露气孔部位的少量氮化硅 会氧化反应为氧化硅(Si02)，氮化硅氧化为氧化硅的反应过程伴随有体积膨胀效应，进一步 提高了复合材料的密实度和强度。本发明的氮化烧结钛酸铝-氮化硅复合材料可为钢铁及有色 冶金、航天等工业领域提供一种新型高温结构材料
发明内容
本发明的发明目的在于上述现有技术中的不足，提供一种耐高温、強度高、高抗热震的 氮化烧结钛酸铝-氮化硅复合材料及其制备方法。 本发明的技术方案与技术特征为-
本发明为一种氮化烧结钛酸铝-氮化硅复合材料及其制备方法，其特征在于该复合材料所 用原料以及原料的重量百分比为钛酸铝粉88 94%， Si粉6 12X;该复合材料制备包括 以下步骤坯料制备；坯体成型；坯体干燥；坯体高温氮化烧成。
该复合材料所用原料的粒径钛酸铝粉〈0.04mm， Si粉〈0.02mm。 该复合材料所用原料纯度的重量百分比含量为钛酸铝粉中的Al2Ti05》卯。/。， Si粉中的 Si》98%。
该复合材料的坯料制备方法是将钛酸铝粉与Si粉干混后，与质量浓度为2%的聚乙烯
醇溶液混合搅拌形成半干坯料，聚乙烯醇溶液的加入量为6% (重量百分比，外加)。
该复合材料的坯体成型方法是:采用液压压力机或摩擦压力机成型，坯体成型压强为50
100 MPa。
该复合材料的坯体干燥方法是；成型后坯体在U(TC干燥2h。
该复合材料的坯体烧成方法是干燥后坯体经1450 155(TC氮化气氛烧成，保温时间2 3 h后获得氮化烧结钛酸铝-氮化硅复合材料。
具体实施方式
实施例1
复合材料坯料的各原料重量百分比为〈0.04mm的钛酸铝粉94X， 〈0.02mm的Si粉 6%;坯料制备是将钛酸铝粉与Si粉干混后，与质量浓度为2 %的聚乙烯醇溶液混合搅拌形 成坯料，聚乙烯醇溶液的加入量为6% (重量百分比，外加)；坯体成型压强为100 MPa;坯 体在ll(TC干燥2 h;千燥后坯体经1550保温时间2 h烧成后得到氮化烧结钛酸铝-氮化硅复 合材料。
该复合材料的显气孔率为6.86%，抗折强度为57.6 MPa (纯钛酸铝材料的抗折强度为 14.5MPa)。
实施例2
复合材料坯料的各原料重量百分比为<0.04皿的钛酸铝粉91%， 〈0.02mm的Si粉 9%;坯料制备是将钛酸铝粉与Si粉干混后，与质量浓度为2 %的聚乙烯醇溶液混合搅拌形成坯料，聚乙烯醇溶液的加入量为6% (重量百分比，外加)；坯体成型压强为100 MPa;坯 体在ll(TC干燥2 h;干燥后坯体经1550保温时间2 h烧成后得到氮化烧结钛酸铝-氮化硅复
合材料。
该复合材料的显气孔率为7.25%，抗折强度为47.3 MPa (纯钛酸铝材料的抗折强度为 14.5MPa)。
实施例3
复合材料坯料的各原料重量百分比为〈0.04mm的钛酸铝粉88X， <0.02 mm的Si粉 12%;坯料制备是将钛酸铝粉与Si粉干混后，与质量浓度为2%的聚乙烯醇溶液混合搅拌形 成坯料，聚乙烯醇溶液的加入量为6% (重量百分比，外加)；坯体成型压强为100 MPa;坯 体在11(TC干燥2 h;干燥后坯体经1550保温时间2 h烧成后得到氮化烧结钛酸铝-氮化硅复
合材料。
该复合材料的显气孔率为11.45%，抗折强度为40.3 MPa (纯钛酸铝材料的抗折强度为 14.5MPa)。
权利要求
1、一种氮化烧结钛酸铝-氮化硅复合材料及其制备方法，其特征在于该复合材料所用原料以及原料的重量百分比为钛酸铝粉88～94％，Si粉6～12％。该复合材料制备包括以下步骤坯料制备；坯体成型；坯体干燥；坯体高温氮化烧成。
2、 如权利要求1所述的氮化烧结钛酸铝-氮化硅复合材料及其制备方法，其特征在于所 用原料的粒径为钛酸铝粉〈0.04mm， Si粉〈0.02mm。
3、 如权利要求1所述的氮化烧结钛酸铝-氮化硅复合材料及其制备方法，其特征在于所 用原料纯度的重量百分比含量为钛酸铝粉中的八121105》90%， Si粉中的Si^98M。
4、 如权利要求1所述的氮化烧结钛酸铝-氮化硅复合材料及其制备方法，其特征在于坯 料制备方法是将钛酸铝粉与Si粉干混后，与聚乙烯醇溶液混合搅拌形成半干坯料。
5、 如权利要求4所述的氮化烧结钛酸铝-氮化硅复合材料及其制备方法，其特征在于坯 料制备中的聚乙烯醇溶液的质量浓度为2 %，重量百分比外加量为6%。
6、 如权利要求1所述的氮化烧结钛酸铝-氮化硅复合材料及其制备方法，其特征在于坯 体成型方法是采用液压压力机或摩擦压力机成型，坯体成型压强为50 100MPa。
7、 如权利要求1所述的氮化烧结钛酸铝-氮化硅复合材料及其制备方法，其特征在于坯 体干燥方法是成型后坯体在ll(TC干燥2h。
8、 如权利要求1所述的氮化烧结钛酸铝-氮化硅复合材料及其制备方法，其特征在于坯 体高温氮化烧成方法是干燥后坯体在氮化气氛下经1450 1550°C保温2 3h烧成后得到 氮化烧结钛酸铝-氮化硅复合材料。
全文摘要
本发明涉及一种氮化烧结钛酸铝-氮化硅复合材料及其制备方法，属陶瓷材料领域。该复合材料所用原料以及原料的重量百分比为＜0.04mm的钛酸铝粉88～94％，＜0.02mm的Si粉6～12％。其制备方法是将上述原料干混后，与质量浓度为2％的聚乙烯醇溶液混合搅拌形成半干坯料，聚乙烯醇溶液重量百分比外加量为6％；坯体成型压强100～150MPa；成型后坯体在110℃干燥2h；干燥后坯体在氮化气氛条件下经1450～1550℃保温2～3h烧成后得到氮化烧结钛酸铝-氮化硅复合材料。该复合材料的强度比普通钛酸铝材料高的多，是冶金、玻璃、汽车、航天等领域有希望的更新材料。
文档编号C04B35/478GK101550000SQ20091013822
公开日2009年10月7日 申请日期2009年5月6日 优先权日2009年5月6日
发明者卜景龙, 喻善均, 焦振华, 王志发, 王瑞生, 翠 贾 申请人:河北理工大学