一種復合陶瓷材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及陶瓷材料【技術領域】，更具體地，涉及一種復合陶瓷材料，按重量百分比包括以下組分：納米ZrO22.5~5份、亞微米Al2O340~45份、納米TiC30~40份、納米BN0.5~4份以及納米B4C1~4份，余量為納米BaO；按重量百分比還包括固體潤滑劑1.5~4.5份，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；所述層狀固體材料為石墨或二硫化鉬；所述無機化合物為氟化鋰、氟化鈣、氧化鉛或硫化鉛；所述軟金屬為鉛、銦、錫、金、銀或鎘；所述高分子聚合物為尼龍、聚四氟乙烯或聚酰亞胺。
【專利說明】一種復合陶瓷材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及陶瓷材料【技術領域】，更具體地，涉及一種復合陶瓷材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]碳氮化鈦基金屬陶瓷(Ti (C，N))是在二十世紀70年代初發(fā)展起來的，以Ti (C，N)為主要硬質(zhì)相和以鎳、鑰為粘結相組成的，采用粉末冶金工藝制備而成的新型刀具材料。碳氮化鈦基金屬陶瓷具有較高的硬度，較好的耐磨性，理想的抗月牙洼磨損能力，優(yōu)良的抗氧化能力和化學穩(wěn)定性。

【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問題。
[0004]本發(fā)明的首要目的是提供一種高強度納米復合陶瓷材料，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)明的進一步目的是提供一種高強度納米復合陶瓷材料的制備方法。
[0006]為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是:
提供一種高強度納米復合陶瓷材料，按重量百分比包括以下組分:納米ZrO2 2.5飛份、亞微米Al2O3 40~45份、納米TiC 30~40份、納米BN 0.5~4份以及納米B4C I~4份，余量為納米BaO ;其特征在于，按重量百分比還包括固體潤滑劑1.5^4.5份，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；所述層狀固體材料為石墨或二硫化鑰；所述無機化合物為氟化鋰、氟化鈣、氧化鉛或硫化鉛；所述軟金屬為鉛、銦、錫、金、銀或鎘；所述高分子聚合物為尼龍、聚四氟乙烯或聚酰亞胺。
[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、光纖通信、鐘表飾品、航空航天、生物、化學等各種領域獲得廣泛的應用；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、耐化學腐蝕性和導熱性良好等優(yōu)良綜合技術性能。氧化鋯和氧化鋁均可用在陶瓷領域，但是其簡單的復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上，采用其納米或亞微米級材料，復合添加納米碳化鈦(Tie)、納米氮化硼(BN)和納米碳化硼(B4C)得到高強度納米復合陶瓷材料，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合得到的陶瓷材料，即本發(fā)明的這種納米復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 4.5份、亞微米Al2O3 45份、 納米TiC 38份、納米BN 4份以及納米B4C 4份，余量為納米BaO。
[0010]作為改進，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]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]所述層狀固體材料為石墨或二硫化鑰；所述無機化合物為氟化鋰、氟化鈣、氧化鉛或硫化鉛；所述軟金屬為鉛、銦、錫、金、銀或鎘；所述高分子聚合物為尼龍、聚四氟乙烯或聚酰亞胺，也可以是復合材料。
[0013]所述固體潤滑劑為亞微米二硫化鑰。二硫化鑰(MoS2)粉劑是由天然輝鑰精礦經(jīng)化學提純制成，其分散性高、純度高、吸附性強、色黑稍帶銀灰色、有金屬光澤、觸之有滑膩感、不溶于水，由于其結合強度低，很容易沿解理平面滑移，所以剪切阻力小，摩擦因數(shù)小。
[0014]本發(fā)明還提供一種如上所述高強度納米復合陶瓷材料的制備方法，包括以下步驟:
51.配料:按重量百分比進行配料:納米ZrO22.5飛份、亞微米Al2O3 40~45份、納米TiC 30~40份、納 米BN 0.5~4份、納米B4C I~4份、固體潤滑劑1.5~4.5份，余量為納米BaO ;
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，采用熱壓燒結工藝進行制備，得到納米復合陶瓷材料。
[0015]優(yōu)選地，步驟S4中，燒結溫度為150(Tl70(TC，保溫時間40min。
[0016]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明復合陶瓷材料在氧化鋯和氧化鋁本身性能的基礎上，采用其納米或亞微米級材料，復合添加納米碳化鈦(Tic)、納米氮化硼(BN)和納米碳化硼(B4C)得到高強度納米復合陶瓷材料，將上述材料與氧化鋯和氧化鋁復合得到的陶瓷材料，即本發(fā)明的這種納米復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】
[0017]下面結合【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步的說明。
[0018]實施例1
4.5份納米Zr02、45份亞微米Al203、38份納米TiC、4份納米BN以及4份納米B4C、2.5份亞微米MoS2，余量為納米BaO。
[0019]經(jīng)測試，本實施例制得的高強度納米復合陶瓷材料的力學性能為:硬度HV27.3~29.9Gpa，抗彎強度為860~920Mpa，斷裂韌性為7.8~9.5MPa.m1/2。
[0020]實施例2
2.5份納米ZrO2,45份亞微米Al203、35份納米TiC、3份納米BN以及4份納米B4CU.5份亞微米PbO，余量為納米BaO。
[0021]經(jīng)測試，本實施例制得的高強度納米復合陶瓷材料的力學性能為:硬度HV23.4~26.3Gpa，抗彎強度為730~810Mpa，斷裂韌性為6.8~8.5MPa.m1/2。[0022]實施例3 5份納米Zr02、40份亞微米Al203、32份納米TiC、2份納米BN以及1份納米B4C、2.5份亞微米Ag，余量為納米BaO。
[0023]經(jīng)測試，本實施例制得的高強度納米復合陶瓷材料的力學性能為:硬度HV25.7~27.3Gpa，抗彎強度為720~800Mpa，斷裂韌性為7.5~9.0MPa.m1/2。
[0024]實施例4
上述任一實施例的高強度納米復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。按重量百分比進行配料:納米ZrO2 2.5飛份、亞微米Al2O3 40~45份、納米TiC 30~40份、納米BN 0.5~4份、納米B4C 1~4份、固體潤滑劑1.5~4.5份，余量為納米BaO。
[0025]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，配制成體積分數(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。將混合好的原料粉末裝入石墨模具中，采用熱壓燒結工藝進行制備，燒結溫度為150(Tl700°C，保溫時間40min，得到納米復合陶瓷材料。
[0026]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。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎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、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明權利要求的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.一種復合陶瓷材料，按重量百分比包括以下組分:納米ZrO2 2.5飛份、亞微米Al2O340~45份、納米TiC 30~40份、納米BN 0.5~4份以及納米B4C I~4份，余量為納米BaO ;其特征在于，按重量百分比還包括固體潤滑劑1.5^4.5份，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；所述層狀固體材料為石墨或二硫化鑰；所述無機化合物為氟化鋰、氟化鈣、氧化鉛或硫化鉛；所述軟金屬為鉛、銦、錫、金、銀或鎘；所述高分子聚合物為尼龍、聚四氟乙烯或聚酰亞胺。
2.根據(jù)權利要求1所述的復合陶瓷材料，其特征在于，按重量百分比包括以下組分:納米ZrO2 4.5份、亞微米Al2O3 45份、納米TiC 38份、納米BN 4份以及納米B4C 4份，余量為納米BaO。
3.—種如權利要求1或2所述復合陶瓷材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 51.配料:按重量百分比進行配料:納米ZrO22.5飛份、亞微米Al2O3 40^45份、納米TiC 30~40份、納米BN 0.5~4份、納米B4C I~4份、固體潤滑劑1.5~4.5份，余量為納米BaO ; 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，采用熱壓燒結工藝進行制備，得到納米復合陶瓷材料。
4.根據(jù)權利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟S4中，燒結溫度為150(Tl700°C，保溫時間 40min。
【文檔編號】C04B35/622GK103641457SQ201310672693
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月12日 優(yōu)先權日:2013年12月12日
【發(fā)明者】吳銳 申請人:吳銳