一種高強度陶瓷材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及陶瓷材料【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種高強度陶瓷材料，其特征在于，按重量百分比包括以下組分：納米ZrO23~4份、亞微米Al2O342~44份、納米TiC32~38份、納米BN2.5~3份以及納米B4C2~3份、固體潤滑劑1.5~4.5份，余量為納米ZnO。本發(fā)明高強度納米復(fù)合陶瓷材料采用其納米或亞微米級材料，復(fù)合添加納米碳化鈦（TiC）、納米氮化硼（BN）和納米碳化硼（B4C）得到高強度納米復(fù)合陶瓷材料，將上述材料與氧化鋯和氧化鋁復(fù)合得到的陶瓷材料，即本發(fā)明的這種納米復(fù)合陶瓷材料具有高硬度、高強度、高斷裂韌度及耐高溫等優(yōu)良性能，適合陶瓷工藝中要求高性能的產(chǎn)品的制造加工，特別適用于制作加工高強度的刀具。
【專利說明】一種高強度陶瓷材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及陶瓷材料【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種高強度陶瓷材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]復(fù)合陶瓷材料具有硬度高、耐磨性好、熱化學(xué)穩(wěn)定性強、熔點高等特點，特別適用于制作加工刀具。用復(fù)合陶瓷材料制造的刀具在高溫下仍能進(jìn)行高速切削，與鋼鐵等金屬的親和力小，摩擦系數(shù)低，抗粘結(jié)和抗擴散能力強，切削時不易粘刀及產(chǎn)生積屑瘤，工件的加工表面質(zhì)量好，這些特點使得復(fù)合陶瓷刀具特別適合于加工各種難加工材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決上述技術(shù)問題。
[0004]本發(fā)明的首要目的是提供一種高強度陶瓷材料，這種陶瓷材料硬度高、韌性好，并且具有良好的高溫穩(wěn)定性。
[0005]本發(fā)明的進(jìn)一步目的是提供一種高強度陶瓷材料的制備方法。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
提供一種高強度納米復(fù)合陶瓷材料，按重量百分比包括以下組分:納米ZrO2 3~4份、亞微米Al2O3 42~44份、納 米TiC 32~38份、納米BN 2.5~3份以及納米B4C 2~3份、固體潤滑劑1.5^4.5份，余量為納米ZnO。
[0007]氧化鋯(ZrO2)材料本身具有高硬度、高強度、高韌性、極高的耐磨性及耐化學(xué)腐蝕性等優(yōu)良的物化性能，在陶瓷、耐火材料、機械、電子、光學(xué)、光纖通信、鐘表飾品、航空航天、生物、化學(xué)等各種領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用；而氧化鋁(Al2O3)本身也具備機械強度高、硬度大、高頻介電損耗小、高溫絕緣電阻高、耐化學(xué)腐蝕性和導(dǎo)熱性良好等優(yōu)良綜合技術(shù)性能。氧化鋯和氧化鋁均可用在陶瓷領(lǐng)域，但是其簡單的復(fù)合組成并不能得到性能良好的陶瓷材料。
[0008]本發(fā)明氧化鋯和氧化鋁性能的基礎(chǔ)上，采用其納米或亞微米級材料，復(fù)合添加納米碳化鈦(TiC)、納米氮化硼(BN)和納米碳化硼(B4C)得到高強度納米復(fù)合陶瓷材料，碳化鈦具有高硬度、高熔點和耐磨損的性能，氮化硼耐高溫，碳化硼脆性低且耐磨，經(jīng)試驗證明，將上述材料與氧化鋯和氧化鋁復(fù)合得到的陶瓷材料，即本發(fā)明的這種納米復(fù)合陶瓷材料具有高硬度、高強度、高斷裂韌度及耐高溫等優(yōu)良性能，適合陶瓷工藝中要求高性能的產(chǎn)品的制造加工，特別適用于制作加工高強度的刀具。
[0009]優(yōu)選地，按重量百分比包括以下組分:按重量百分比包括以下組分:納米ZrO2 3.5份、亞微米Al2O3 43份、納米TiC 35份、納米BN 2.8份以及納米B4C 2.5份、固體潤滑劑3份，余量為納米ZnO。
[0010]作為改進(jìn)，按重量百分比還包括固體潤滑劑1.5^4.5份。固體潤滑劑是指用以分隔摩擦副對偶表面的一層低剪切阻力的固體材料。對于這類材料，除了要求具有低剪切阻力外，與基底表面之間還應(yīng)具備較強的鍵聯(lián)力，也就是說，載荷由基底承受，而相對運動發(fā)生在固體潤滑劑內(nèi)。在切削加工過程中，為了避免劇烈摩擦帶來的加工表面質(zhì)量惡化，而切削液在高溫的作用下會發(fā)生性能衰減的情況，故添加固體潤滑劑解決上述問題。
[0011]可選地，所述固體潤滑劑為層狀固體材料、無機化合物、軟金屬或高分子聚合物。
[0012]本發(fā)明還提供一種如上所述高強度納米復(fù)合陶瓷材料的制備方法，包括以下步驟:
51.配料:按重量百分比進(jìn)行配料:納米ZrO23~4份、亞微米Al2O3 42~44份、納米TiC32~38份、納米BN 2.5~3份以及納米B4C 2~3份、固體潤滑劑1.5~4.5份，余量為納米ZnO ；
52.分散納米顆粒: 將稱重后的配料配制成懸浮液，然后超聲攪拌至均勻；
53.將步驟S2的各顆粒復(fù)合，在球磨機上球磨混合均勻，經(jīng)真空干燥得到原料粉末；
54.將混合好的原料粉末裝入石墨模具中，采用熱壓燒結(jié)工藝進(jìn)行制備，得到納米復(fù)合陶瓷材料。
[0013]優(yōu)選地，步驟S4中，燒結(jié)溫度為150(Tl70(TC，保溫時間40min。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明高強度納米復(fù)合陶瓷材料在氧化鋯和氧化鋁本身性能的基礎(chǔ)上，采用其納米或亞微米級材料，復(fù)合添加納米碳化鈦(TiC)、納米氮化硼(BN)和納米碳化硼(B4C)得到高強度納米復(fù)合陶瓷材料，將上述材料與氧化鋯和氧化鋁復(fù)合得到的陶瓷材料，即本發(fā)明的這種納米復(fù)合陶瓷材料具有高硬度、高強度、高斷裂韌度及耐高溫等優(yōu)良性能，適合陶瓷工藝中要求高性能的產(chǎn)品的制造加工，特別適用于制作加工高強度的刀具。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0016]實施例1
3份納米ZrO2,42份亞微米Al2O3'32份納米TiC、2.5份納米BN以及2份納米B4C' 1.5份固體潤滑劑，余量為納米ZnO。
[0017]經(jīng)測試，本實施例制得的高強度納米復(fù)合陶瓷材料的力學(xué)性能為:硬度HV16.5~16.8Gpa，抗彎強度為640~680Mpa，斷裂韌性為5.9~7.9MPa ? m1/2。
[0018]實施例2
4份納米Zr02、44份亞微米Al203、38份納米TiC、3份納米BN以及3份納米B4C、1.5份固體潤滑劑，余量為納米ZnO。
[0019]經(jīng)測試，本實施例制得的高強度納米復(fù)合陶瓷材料的力學(xué)性能為:硬度HV13.9~15.9Gpa，抗彎強度為640~700Mpa，斷裂韌性為6.0~8.1MPa ? m1/2。
[0020]實施例3
納米ZrO2 3.5份、亞微米Al2O3 43份、納米TiC 35份、納米BN 2.8份以及納米B4C 2.5份、固體潤滑劑3份，余量為納米ZnO。
[0021]經(jīng)測試，本實施例制得的高強度納米復(fù)合陶瓷材料的力學(xué)性能為:硬度HV15.7~17.3Gpa，抗彎強度為620~700Mpa，斷裂韌性為6.5~8.0MPa ? m1/2。
[0022]實施例6
上述任一實施例的高強度納米復(fù)合陶瓷材料可以由以下制備方法制得，具體包括以下步驟:S1.配料。按重量百分比進(jìn)行配料:納米ZrO2 3~4份、亞微米Al2O3 42~44份、納米TiC32~38份、納米BN 2.5~3份以及納米B4C 2~3份、固體潤滑劑1.5~4.5份，余量為納米ZnO。
[0023]S2.分散納米顆粒。實現(xiàn)該步驟時，可以以聚乙二醇(PEG)為分散劑，質(zhì)量約為1%，先將稱重后的納米材料緩慢加入無水乙醇中，邊加入邊攪拌，配制成體積分?jǐn)?shù)為2%的懸浮液，將分散劑加入納米材料的懸浮液中，超聲攪拌30min以上，使懸浮液均勻，得到分散性能良好的懸浮液；
53.球磨并干燥混合。將步驟S2的各顆粒復(fù)合，在球磨機上球磨約48小時使其混合均勻，經(jīng)真空干燥、120目篩過篩，得到混合均勻的原料粉末；
54.燒結(jié)。將混合好的原料粉末裝入石墨模具中，采用熱壓燒結(jié)工藝進(jìn)行制備，燒結(jié)溫度為1500-l700°C，保溫時間40min，得到納米復(fù)合陶瓷材料。
[0024]顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和 原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種高強度陶瓷材料，其特征在于，按重量百分比包括以下組分:納米ZrO2 3~4份、亞微米Al2O3 42~44份、納米TiC 32~38份、納米BN 2.5~3份以及納米B4C 2~3份、固體潤滑劑1.5^4.5份，余量為納米ZnO。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強度陶瓷材料，其特征在于，按重量百分比包括以下組分:納米ZrO2 3.5份、亞微米Al2O3 43份、納米TiC 35份、納米BN 2.8份以及納米B4C 2.5份、固體潤滑劑3份，余量為納米ZnO。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高強度陶瓷材料，其特征在于，所述固體潤滑劑為層狀固體材料、無機化合物、軟金屬或高分子聚合物。
4.一種如權(quán)利要求1至3任一項所述高強度陶瓷材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 51.配料:按重量百分比進(jìn)行配料:按重量百分比包括以下組分:納米ZrO23^4份、亞微米Al2O3 42~44份、納米TiC 32~38份、納米BN 2.5~3份以及納米B4C 2~3份、固體潤滑劑1.5^4.5份，余量為納米ZnO ； 52.分散納米顆粒:將稱重后的配料配制成懸浮液，然后超聲攪拌至均勻； 53.將步驟S2的各顆粒復(fù)合，在球磨機上球磨混合均勻，經(jīng)真空干燥得到原料粉末； 54.將混合好的原料粉末裝入石墨模具中，采用熱壓燒結(jié)工藝進(jìn)行制備，得到納米復(fù)合陶瓷材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟S4中，燒結(jié)溫度為150(Tl700°C，保溫時間 40min。
【文檔編號】C04B35/622GK103664147SQ201310672306
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月12日
【發(fā)明者】蔡毓敏 申請人:蔡毓敏