专利名称：YAG/Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>复相陶瓷材料及其制备方法
技术领域：
本发明叙述了一种YAG/A1203复相陶瓷材料的制备方法。
背景技术：
作为高温结构陶瓷，YAG/A1203复相陶瓷材料是备受瞩目的新型热机材料，其克服了 SiC和Si3N4等非氧化物陶瓷在高温情况下的强烈的氧化行为，适合于高温长时间的工作。目前，制备t03/Al203复相陶瓷材料的方法一般分为两步首先，制备YAG(Y3Al5O12)纳米粉或前驱体粉体；然后，经高温烧结成复相陶瓷材料。由于YAG纳米粉或前驱体粉体的制备方法复杂且不适于大规模生产。
发明内容
本发明的目的是提供一种YAG/A1203复相陶瓷材料及其制备方法。本发明是YAG/A1203复相陶瓷材料及其制备方法，YAG/ Al2O3复相陶瓷材料，按质量百分比计，其组分为=YAG为5 70%, Al2O3为95% 30%。YAG/ Al2O3复相陶瓷材料的制备方法，其步骤为
(1)按照质量百分比，称取Al4. 68 15. 59%、Fe2O3 73. 02 46. 12%、Y2O3 2. 33 38. 29% ；
(2)将混合均勻的反应物料置于模具中进行压力成型；将成型好的块状物料吹去浮粉后，在其表面放上引燃剂后装入反应器中；
(3)在室温下，向反应器中充入1 2MPa氩气，2分钟后排气，使反应物料处在氩气气氛保护中；
(4)进行加热，当反应容器的温度升到180 200°C时再次排气，之后充入3 7MPa 的氩气继续加热；当反应容器内温度达到250°C 300°C时引燃剂燃烧，引发铝热反应，释放出大量的热，生成物在氩气保护下随炉冷却至室温，除去生成物中的Fe，就得到了 YAG/ Al2O3复相陶瓷材料。本发明的有益效果是，将现有制备方法的两步简化，制备流程简单，适于工业化生产。对得到的实验样品进行了光学显微分析、XRD分析、SEM分析、致密度检测、力学性能测试。
图1是本发明的复合材料的显微硬度曲线，图2是断裂韧性曲线，图3是致密度曲线。
具体实施例方式实施例1 按质量百分比Al 24. 12、Fe2O3 :71. 33、Y2O3 :4. 56称取原料粉末；然后将称量好的原料粉体装入不锈钢球磨罐，在行星式球磨机中混合均勻，球磨时间为16小时，转速为 150r/min,球料比为1 2，球磨介质为Al2O3球。然后将混合均勻的反应物料置于配有铜底材的模具中用压力机在60MPa的压力下成型；将成型好的块状物料吹去浮粉后，在其表面放上引燃剂后装入铝热反应容器中；在室温下，向反应容器中充入2MPa氩气，2分钟后排气， 使反应物料处在氩气气氛保护中；然后加热，当反应容器的温度升到200°C时再次排气，之后充入7MPa的氩气继续加热；当反应容器内温度达到298°C时引燃剂燃烧，同时引发第一层物料发生铝热反应，释放出大量的热，此时切断加热电源，使下一层物料在反应放出的大量热的维持下继续反应，直到全部物料反应完，生成YAGAl2O3复相陶瓷材料。材料中YAG的含量为15. 94%，其余为Al2O315其性能数据为显微硬度为10. 3GPa,断裂韧性为2. 33MPa/ mV2，致密度为92. 2%。实施例2:
按质量百分比Al 23. 07、Fe2O3 :68. 22、Y2O3 :8. 71称取原料粉末；然后将称量好的原料粉体装入不锈钢球磨罐，在行星式球磨机中混合均勻，球磨时间为16小时，转速为 150r/min,球料比为1 2，球磨介质为Al2O3球。然后将混合均勻的反应物料置于配有铜底材的模具中用压力机在60MPa的压力下成型；将成型好的块状物料吹去浮粉后，在其表面放上引燃剂后装入铝热反应容器中；在室温下，向反应容器中充入2MPa氩气，2分钟后排气， 使反应物料处在氩气气氛保护中；然后加热，当反应容器的温度升到200°C时再次排气，之后充入7MPa的氩气继续加热；当反应容器内温度达到302°C时引燃剂燃烧，同时引发第一层物料发生铝热反应，释放出大量的热，此时切断加热电源，使下一层物料在反应放出的大量热的维持下继续反应，直到全部物料反应完，生成YAGAl2O3复相陶瓷材料。材料中YAG 的含量为29.21%，其余为々1203。其性能数据为显微硬度为9. 3GPa，断裂韧性为2. 32MPa/ mV2，致密度为94. 1%。实施例3:
按质量百分比Al 22. 10、Fe2O3 :65. 37、Y2O3 :12. 52称取原料粉末；然后将称量好的原料粉体装入不锈钢球磨罐，在行星式球磨机中混合均勻，球磨时间为16小时，转速为 150r/min,球料比为1 2，球磨介质为Al2O3球。然后将混合均勻的反应物料置于配有铜底材的模具中用压力机在60MPa的压力下成型；将成型好的块状物料吹去浮粉后，在其表面放上引燃剂后装入铝热反应容器中；在室温下，向反应容器中充入2MPa氩气，2分钟后排气， 使反应物料处在氩气气氛保护中；然后加热，当反应容器的温度升到200°C时再次排气，之后充入7MPa的氩气继续加热；当反应容器内温度达到306°C时引燃剂燃烧，同时引发第一层物料发生铝热反应，释放出大量的热，此时切断加热电源，使下一层物料在反应放出的大量热的维持下继续反应，直到全部物料反应完，生成YAGAl2O3复相陶瓷材料。材料中YAG 的含量为40. 45%，其余为Al2O315其性能数据为显微硬度为8. OGPa，断裂韧性为2. 26MPa/ mV2，致密度为93. 7%。实施例4:
按质量百分比Al 21. 22,Fe2O3 :62. 75,Y2O3 :16. 03称取原料粉末；然后将称量好的原料粉体装入不锈钢球磨罐，在行星式球磨机中混合均勻，球磨时间为16小时，转速为 150r/min,球料比为1 2，球磨介质为Al2O3球。然后将混合均勻的反应物料置于配有铜底材的模具中用压力机在60MPa的压力下成型；将成型好的块状物料吹去浮粉后，在其表面放上引燃剂后装入铝热反应容器中；在室温下，向反应容器中充入2MPa氩气，2分钟后排气， 使反应物料处在氩气气氛保护中；然后加热，当反应容器的温度升到200°C时再次排气，之后充入7MPa的氩气继续加热；当反应容器内温度达到287°C时引燃剂燃烧，同时引发第一层物料发生铝热反应，释放出大量的热，此时切断加热电源，使下一层物料在反应放出的大量热的维持下继续反应，直到全部物料反应完，生成YAGAl2O3复相陶瓷材料。材料中YAG的含量为50. 10%，其余为A1203。其性能数据为显微硬度为10. 9GPa，断裂韧性为2. 27MPa/ mV2，致密度为99. 7%。将以上4个实施例中的YAG的含量与显微硬度、断裂韧性、致密度分别绘制曲线图图1、图2、图3。从图中可看出其性能显微硬度均在8. 0-13. 4 GI^a之间、断裂韧性均在1. 77-2. 33 WaMm之间、致密度均在91. 9-99. 7%之间。对得到的实验样品进行了光学显微分析、XRD分析、SEM分析、致密度检测、力学性能测试。本发明的一些性能如下表
硬度在HBRVU-187. 5型布洛维氏光学硬度计上测定，其测试条件为载荷4. 9N,加载持续时间12s ；断裂韧性采用压痕法、根据维氏硬度值计算得到，致密度采用阿基米德排水法测得。
权利要求
1.YAG/ Al2O3复相陶瓷材料，按质量百分比计，其组分为YAG为5 70%，Al2O3为95% 30%。
2.根据权利要求1所述的YAG/Al2O3复相陶瓷材料，其维氏硬度为8.0 13. 4 GPa, 断裂韧性为1. 77 2. 33 MPa/m1/2，致密度为91. 9 99. 7%。
3.YAG/ Al2O3复相陶瓷材料的制备方法，其步骤为(1)按照质量百分比，称取Al4. 68 15. 59%、Fe2O3 73. 02 46. 12%、Y2O3 2. 33 38. 29% ；(2)将混合均勻的反应物料置于模具中进行压力成型；将成型好的块状物料吹去浮粉后，在其表面放上引燃剂后装入反应器中；(3)在室温下，向反应器中充入1 2MPa氩气，2分钟后排气，使反应物料处在氩气气氛保护中；(4)进行加热，当反应容器的温度升到180 200°C时再次排气，之后充入3 7MPa 的氩气继续加热；当反应容器内温度达到250°C 300°C时引燃剂燃烧，引发铝热反应，释放出大量的热，生成物在氩气保护下随炉冷却至室温，除去生成物中的Fe，就得到了 YAG/ Al2O3复相陶瓷材料。
全文摘要
YAG/Al2O3复相陶瓷材料及其制备方法，按质量百分比计，其复相陶瓷材料的组分为YAG为5～70%，Al2O3为95%～30%；复相陶瓷材料的制备方法的步骤为(1)称取Al4.68～15.59%、Fe2O373.02～46.12%、Y2O32.33～38.29%；(2)将反应物料置于模具中进行压力成型；将块状物料吹去浮粉后，在其表面放上引燃剂后装入反应器中；(3)在室温下，向反应器中充入1～2MPa氩气，2分钟后排气，使反应物料处在氩气气氛保护中；(4)进行加热，当反应容器的温度升到180～200℃时再次排气，之后充入3～7MPa的氩气继续加热；当反应容器内温度达到250℃～300℃时引燃剂燃烧，引发铝热反应，生成物在氩气保护下随炉冷却至室温，除去生成物中的Fe，就得到了复相陶瓷材料。
文档编号C04B35/10GK102557593SQ20101059856
公开日2012年7月11日 申请日期2010年12月21日 优先权日2010年12月21日
发明者卢学峰, 喇培清, 王鸿鼎, 郭鑫, 鞠倩, 魏玉鹏 申请人:兰州理工大学