專利名稱：耐磨陶瓷復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無機(jī)非金屬材料領(lǐng)域，涉及一種耐磨陶瓷復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
目前無機(jī)非金屬材料領(lǐng)域中，對(duì)陶瓷的耐磨性能受到了重視。CN200710016886. 9號(hào)申請(qǐng)涉及一種SiC-BN-C復(fù)合材料及其制備方法，其以Si3N4、 B4C和C為原料，各成分的重量百分含量分別為6. 4% 63. 8%、2. 5% 24. 9%和11. 9% 91. 1%。制備方法為按上述重量百分含量取Si3N4粉、B4C粉和C粉進(jìn)行球磨濕混；立即 將混好的物料烘干；將烘干的物料破碎后裝入石墨模具中并預(yù)壓；放入熱壓爐中，在真空 或保護(hù)氣氛中熱壓燒結(jié)，熱壓燒結(jié)溫度為1700°C 2200°C，加壓15 30MPa，保溫保壓 30min 2h?；蛞院袚]發(fā)份的無定形碳為碳源，將混合烘干的物料破碎裝入鋼模具中并 施加50 300MPa壓力保壓IOmin 2h ；然后放入熱壓爐或氣氛燒結(jié)爐中，在真空或保護(hù)氣 氛中燒結(jié)，溫度升高到800°C 1400°C保溫30min 2h，燒結(jié)溫度為1800°C 2200°C，保溫 30min 2h。該材料性能優(yōu)越，制備工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低。在其實(shí)施例中以含有l(wèi)lwt. % 左右揮發(fā)份的中間相碳微球?yàn)樘荚?，a.按重量百分比取Si3N4粉14. 5%,B4C粉5. 7%和中 間相碳微球粉79. 8%進(jìn)行球磨濕混24h;b.立即將混好的物料烘干；c.將烘干的物料破碎 裝入鋼模具中并施加150MPa壓力保壓30min ；d.然后放入真空熱壓爐中，在真空中燒結(jié)，當(dāng) 溫度升高到950°C 1050°C保溫30min，燒結(jié)溫度為1950°C 2050°C，保溫lh。熱壓燒結(jié) 后得到的SiC-BN-C復(fù)合材料的致密度為81%，復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度為90MPa，斷裂韌性為 0. 7MPa ·π^2，復(fù)合材料的維氏硬度為0. 4GPa?？梢钥闯?，其制備時(shí)的燒結(jié)溫度均很高，能源 消耗大，制備成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對(duì)上述技術(shù)缺陷，提供一種耐磨陶瓷復(fù)合材料，該陶瓷的性 能優(yōu)越，強(qiáng)度高。本發(fā)明的另一目的是提供上述耐磨陶瓷復(fù)合材料的制備方法，該制備方法工藝簡(jiǎn) 單，生產(chǎn)成本低，能耗小，適于工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種耐磨陶瓷復(fù)合材料各成分的重量百分含量為SiC15_20%，TiCN20-25%, Si3N415-20%, V2O5O. 5-1. 5%, Si024-6%, Zr022-5%, CeO2O. 05-0. 15%，其余為 Al2O3 ；一種耐磨陶瓷復(fù)合材料制備方法按重量百分比SiC粉15-20%，TiCN粉 20-25 %, Si3N4 粉 15-20 %, V2O5 粉 0. 5-1. 5 %, SiO2 粉 4-6 %, ZrO2 粉 2-5 %, CeO2 粉 0.05-0. 15%，其余為Al2O3粉進(jìn)行配料，各粉料的粒度為500-800目；將上述粉料裝入球 磨機(jī)中，然后注水，注水重量和粉料總重量之比為1 1 ；球磨濕混12h后取出烘干，烘干 溫度為150-200°C ；然后將烘干的物料在球磨機(jī)中粉碎到270-500目，裝入模具中并施加 50MPa壓力，保壓5min ；然后放入電爐中燒結(jié)，先加熱到500-600°C保溫0. 5_lh，然后再升溫
31350°C 1450°C，保溫2_4h ；之后隨爐冷卻便得到耐磨陶瓷復(fù)合材料。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)的有益效果如下本發(fā)明中TiCN具有較低的內(nèi)應(yīng)力，比較高的韌性，具有良好的潤(rùn)滑性，以及高硬 度、耐磨損等特性，因此形成耐磨陶瓷復(fù)合材料的核心組元；SiC的硬度很大，SiC和TiCN組合作用，保證耐磨陶瓷復(fù)合材料的高硬度。另外 SiC具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性能，因此SiC賦予耐磨陶瓷復(fù)合材料具有好的熱震性；Si3N4本身具有很好的耐磨性和熱震性，因此Si3N4和SiC聯(lián)合作用以強(qiáng)化耐磨陶 瓷復(fù)合材料具有好的熱震性；Si3N4, Si02、V2O5和Al2O3形成將SiC、TiCN粘結(jié)良好的復(fù)合材料基體，ZrO2通過相 變用于增加基體的韌性，CeO2細(xì)化復(fù)合材料基體晶粒，進(jìn)一步強(qiáng)化復(fù)合材料的韌性。所以，該耐磨陶瓷復(fù)合材料(為陶瓷制品)不僅有優(yōu)越普通力學(xué)性能如高的強(qiáng)度 和韌性，而且具有好的熱震性和耐磨作用。本發(fā)明的材料性能見表1。制備工藝簡(jiǎn)便，燒結(jié)溫度低，成本低，能耗低，環(huán)境協(xié)調(diào)性好，并且同時(shí)具有強(qiáng)度和 韌性高、熱震性好和耐磨性突出等綜合性能。
四

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一制得的耐磨陶瓷復(fù)合材料的組織。由圖1可以看到在復(fù)合材料基體上分布的物相。
五具體實(shí)施例方式以下各實(shí)施例僅用作對(duì)本發(fā)明的解釋說明，其中的重量百分比均可換成重量g、kg 或其它重量單位。實(shí)施例一本發(fā)明的耐磨陶瓷復(fù)合材料制備過程各原料按重量百分比SiC 15%, TiCN 20 %, Si3N415 %, V2O5O. 5 %, Si024 %, Zr022%, CeO2O. 05%，其余為Al2O3粉進(jìn)行配料，各粉料的粒度為500-800目；將上述粉料裝入球磨機(jī)中，然后注水，注水重量和粉料總重量之比為1 1;球磨 濕混12h后取出烘干，烘干溫度為150-200°C ；然后將烘干的物料在球磨機(jī)中粉碎到270-500目，裝入模具中并施加50MPa壓力， 保壓5min ；然后放入電爐中燒結(jié)，先加熱到500-600°C保溫0. 5_lh，然后再升溫1350°C 1450°C，保溫2-4h ；之后隨爐冷卻便得到耐磨陶瓷復(fù)合材料。實(shí)施例二 各原料按重量百分比SiC20%, TiCN 25 %, Si3N420 %, V2O5I- 5 %, Si026 %, Zr025%, CeO2O. 15%，其余為Al2O3進(jìn)行配料，制備過程同實(shí)施例一。實(shí)施例三各原料按重量百分比SiC18%, TiCN 24%, Si3N418%, V2O5O. 9%, Si025 %, Zr024%, CeO2O. 09%，其余為Al2O3進(jìn)行配料，制備過程同實(shí)施例一。實(shí)施例四(原料成份配比不在本發(fā)明范圍內(nèi)的實(shí)例)
各原料按重量百分比SiC14%, TiCN 18%, Si3N4H %, V2O5O. 4%, Si023 %, ZrO2I %, CeO2O. 04%，其余為Al2O3進(jìn)行配料，制備過程同實(shí)施例一。實(shí)施例五(原料成份配比不在本發(fā)明范圍內(nèi)的實(shí)例)各原料按重量百分比SiC22%, TiCN 26%, Si3N422 %, V2O5I-6%, Si028 %, Zr026%, CeO2O. 18%，其余為Al2O3進(jìn)行配料，制備過程同實(shí)施例一。下表為不同成份與配比的合金性能對(duì)照表表 1 復(fù)合材料的這些組元超出本申請(qǐng)配比范圍，材料的性能會(huì)降低。如SiC和TiCN組 分不夠，難以保證耐磨陶瓷復(fù)合材料的高硬度和好的熱震性。SiC和TiCN組分過多，Si3N4、 SiO2, V2O5和Al2O3數(shù)量減少，不足以形成將SiC、TiCN粘結(jié)良好的復(fù)合材料基體，復(fù)合材料 的強(qiáng)度會(huì)降低。&02和CeO2不夠，韌性不足以強(qiáng)化JrO2和CeO2過多，形成不必要的脆性 化合物使增韌效果變差，反而增大材料的成本。
權(quán)利要求
一種耐磨陶瓷復(fù)合材料各成分的重量百分含量為SiC15 20％，TiCN20 25％，Si3N415 20％，V2O50.5 1.5％，SiO24 6％，ZrO22 5％，CeO20.05 0.15％，其余為Al2O3。
2.一種耐磨陶瓷復(fù)合材料制備方法，其制備過程如下各成份先按重量百分比=SiCijv 15-20%, TiCN 粉 20-25%，Si3N4 粉 15-20%, V2O5 粉 0. 5-1. 5%, SiO2 粉 4-6%，ZrO2 粉 2-5%，CeO2 粉 0. 05-0. 15%，其余為 Al2O3 粉進(jìn)行配料， 各粉料的粒度均為500-800目；將上述粉料裝入球磨機(jī)中，然后注水，注水重量和粉料總重 量之比為1 1 ；球磨濕混12h后取出烘干，烘干溫度為150-200°C ；然后將烘干的物料在 球磨機(jī)中粉碎到270-500目，裝入模具中并施加50MPa壓力，保壓5min ；然后放入電爐中燒 結(jié)，先加熱到500-600°C保溫0. 5-lh，然后再升溫1350°C 1450°C，保溫2_4h ；之后隨爐冷 卻便得到耐磨陶瓷復(fù)合材料。
全文摘要
本發(fā)明提供一種耐磨陶瓷復(fù)合材料，該陶瓷的性能優(yōu)越，強(qiáng)度高。該制備方法工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，能耗小，適于工業(yè)化生產(chǎn)。原料按重量百分比SiC粉15-20％，TiCN粉20-25％，Si3N4粉15-20％，V2O5粉0.5-1.5％，SiO2粉4-6％，ZrO2粉2-5％，CeO2粉0.05-0.15％，其余為Al2O3粉進(jìn)行配料，各粉料的粒度為500-800目；將上述粉料裝入球磨機(jī)中，然后注水，注水重量和粉料總重量之比為1∶1；球磨濕混12h后取出烘干，烘干溫度為150-200℃；裝入模具中并施加50MPa壓力，保壓5min；然后放入電爐中燒結(jié)，隨爐冷卻便得到耐磨陶瓷復(fù)合材料。
文檔編號(hào)C04B35/565GK101913871SQ20101022858
公開日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月15日
發(fā)明者王玲, 趙浩峰, 陶詔靈 申請(qǐng)人:南京信息工程大學(xué)