一种低温烧结小比重高强度氧化锆-氧化铝复合材料及其制备方法【技术领域】，尤其涉及一种低温烧结小比重高强度氧化锆-氧化铝复合材料及其制备方法。[0002]随着工业技术的发展，小比重高强度材料的应用越来越受到重视，如钛合金(P ~4.5g/cm3)在军事领域以及铝合金(P ^ 2.8g/cm3)在民用领域都已经逐步替代大比重的铁合金(P~8.0g/cm3)的使用，这一趋势也逐渐影响着无机非金属材料的使用和发展。相对于金属材料，无机非金属材料在高温下具有良好的结构特性，因而其应用领域广泛，并且在某些尖端领域也有着极其重要的作用，如导弹的整流罩、飞船的隔热瓦等。[0003]氧化铝作为较早开始利用的无机非金属材料，具有较低的比重(P =3.95g/cm3)和良好的高温稳定性(可在高达1400°C的环境中使用)，因此被用作高温结构件，但是其抗折强度和断裂韧性都较低，从而限制了该种材料的应用范围。氧化锆的抗折强度则高达1200MPa，被称为“陶瓷钢”，其优异的高温稳定性使得其应用领域广泛，但其较高的密度(P =6.12g/cm3)会使制成品的重量显著提高，在运输和使用时消耗大量能量，与当前社会的可持续发展和节能环保战略相悖。[0004]Garive等于1975年首次发现添加部分氧化锆，在不大幅提高制品密度的情况下可大大加强氧化铝的抗 折强度和断裂韧性，这种氧化锆-氧化铝复合材料(ZTA)力学性能的提高被认为是相变增韧和微裂纹增韧共同作用的结果。在制备过程中，ZTA中的氧化铝和氧化锆均需要经过高温烧结，尤其是氧化铝，烧结温度高达1600~1700°C，同时，由于两者的晶型结构差异巨大，几乎无法固溶，因此难以实现共同烧结，随着组分中氧化铝含量的提高，烧结温度急剧上升，虽然目前有热压或热等静压工艺能降低ZTA的烧结温度，但由于高度分散的氧化锆对氧化铝晶界的钉扎作用，其降温幅度有限，而且设备复杂、能耗较高，使得相关研究仅停留在实验室阶段，不适宜大规模生产。为此，近年来研究开发了以下两种助烧途径:[0005]一、进一步提高粉体活性，即使用纳米级粉体制备ZTA。但是纳米粉体比表面积大，易于团聚，对ZTA中两种组分的均匀分散不利；同时，超细粉体的制备需要消耗大量的能源，费效比很高，而且给环境带来一定的危害。[0006]二、使用烧结助剂，与ZTA基体形成局部固溶体或液相，加快传质速度，促进晶粒生长，从而降低烧结温度。[0007]相比而言，第二种方法对粉体质量要求不高，制备工艺简单、成本低，适合于工业化生产。然而，尽管目前研究使用的添加助剂种类繁多，但仍然无法在ZTA的低密度和高强度上、以及低温烧结上取得良好的平衡，而且有些助剂的添加改变了烧结体的颜色，从而也限制了 ZTA的应用。总之，目前所研究开发的技术仍然难以为ZTA材料的生产应用和发展带来突破。

[0008]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种既能保持较低密度、又能在低温下烧结并获得优异力学性能、颜色白净的低温烧结小比重高强度氧化锆-氧化铝复合材料，以显著提高ZTA材料的使用性能、扩大其应用范围。本发明的另一目的在于提供上述氧化锆-氧化铝复合材料的制备方法，以实现能耗低、工艺简单、适宜于工业化规模的生产，从而更好地促进ZTA材料的应用和发展，并为节能减排和经济社会的可持续发展做出贡献。
[0009]本发明的目的通过以下技术方案予以实现:
[0010]本发明提供的一种低温烧结小比重高强度氧化锆-氧化铝复合材料，由以氧化锆和氧化铝形成的复合基体、以及添加剂组成；所述复合基体中含氧化锆18~22wt% ;相对于复合基体，所述添加剂的组成为Y2O30.5~L 5wt%、Ti022.5~5.0wt%、硅酸盐熔块0.2~
3.0wt%o
[0011]进一步地，本发明所述硅酸盐熔块为CaO-MgO-Al2O3-SiO2复合体系，具体可采用以下组成:Ca05 ~15wt%、Mg022 ~30wt%、Al2038 ~14wt%、余量为 SiO20
[0012]本发明的另一目的通过以下技术方案予以实现:
[0013]本发明提供的上述低温烧结小比重高强度氧化锆-氧化铝复合材料的制备方法，包括以下步骤:
[0014](I)将所述氧化锆与氧化铝进行湿法机械混合，得到混合均匀的一次混合物浆料；
[0015](2)对所述一次混合物浆料进行喷雾造粒，得到一次混合物粉体；
[0016](3)向所述一次混合物粉体中添加Y203、TiO2和硅酸盐熔块，并以纯水为介质进行湿法机械混合，混合均匀后得到二次混合物浆料；
[0017](4)将所述二次混合物浆料进行喷雾干燥，得到二次混合物粉体；
[0018](5)将所述二次混合物粉体压制成型后，在1350~1450°C温度下烧结成瓷，即得到密度为4.2~4.3g/cm3、抗折强度为450~800Mpa的氧化锆-氧化铝复合材料。
[0019]本发明具有以下有益效果:
[0020](I)本发明ZTA材料既能保持较低的密度(为铁合金的53%、氧化锆的68%、钛合金的95%)，又能在低温下实现烧结并获得优良的力学性能(与1700°C以上烧结的ZTA相近甚至更高)；而且ZTA材料的颜色没有变化，颜色白净，使用性能优异，显著扩大了 ZTA的应用范围。
[0021](2)本发明制备方法操作简便，原料来源广泛、耗能低、生产成本低廉、节能减排效果明显，便于推广和应用，能够有效地促进ZTA材料的应用和发展。



[0022]下面将结合实施例和附图对本发明作进一步的详细描述:
[0023]图1是本发明实施例低温烧结小比重高强度氧化锆-氧化铝复合材料的SEM照片。
[0024]本发明实施例一种低温烧结小比重高强度氧化锆-氧化铝复合材料，以氧化锆和氧化铝的复合物为复合基体，并在此基础上添加y203、TiO2和硅酸盐熔块而形成，其中硅酸盐熔块为CaO-MgO-Al2O3-SiO2复合体系。本发明各实施例低温烧结小比重高强度氧化锆-氧化铝复合材料，其组成如表1所示。
[0025]表1本发明实施例低温烧结小比重高强度氧化锆-氧化铝复合材料的组成
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