專利名稱：：一種金屬陶瓷材料的制備方法
技術領域：
：本發(fā)明是關于一種金屬陶瓷材料的制備方法。
背景技術：
：注射成型是一種注射兼模型的成型方法，又稱注塑成型。通用注射成型是將固態(tài)聚合物材料，包括粒料或粉料，加熱塑化成熔融狀態(tài)，在高壓作用下，高速注射入模具中，賦予熔體模腔的形狀，經(jīng)冷卻、加熱交聯(lián)或熱壓硫化而使聚合物固化，然后開啟模具，取出制品，即完成一次注射成型過程。粉末注射成型是將粉末與熱塑性材料均勻混合使成為具有良好流動性能的流態(tài)物質，把這種流態(tài)物質在注射成型機上經(jīng)一定的溫度和壓力，注入模具內(nèi)成型。金屬粉末注射成型技術發(fā)展較晚，直到1979年才引起粉末冶金工業(yè)界的注意。盡管近年來已經(jīng)出現(xiàn)了一些有關金屬粉末注射成型技術的報道，但其中很多技術條件，例如粘結劑和粉末的加入方式和順序，混合的溫度等，都仍處于經(jīng)驗摸索的水平?！?16L不銹鋼及ZTA陶瓷粉末注射成型技術的研究》(仲洪海，2002年3月，合肥工業(yè)大學碩士學位論文)中公開了一種金屬陶瓷材料的加工方法，該方法包括將52.82克不銹鋼粉、5.28銅粉與粘結劑混合，經(jīng)注射成型機加工成坯，再脫脂，然后燒結成制品，其中粘結劑是通過將2.5克的聚乙烯、2.5克的聚丙烯、0.05克的油酸和2克石蠟混合而制得的。但是，由該方法制得的金屬陶瓷材料在密度、硬度、抗拉強度、延伸率、壓縮強度和沖擊韌性等方面都存在缺陷。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術中通過金屬注射成型技術制得的不銹鋼粉末金屬陶瓷材料在密度、硬度、抗拉強度、延伸率、壓縮強度和沖擊韌性差的問題，提供一種能夠使得到的不銹鋼粉末金屬陶瓷材料密度大，硬度高，抗拉強度大，延伸率好，壓縮強度高，沖擊韌性好的金屬陶瓷材料制備方法。本發(fā)明提供一種金屬陶瓷材料的制備方法，該方法包括將金屬陶瓷原料與粘結劑混合均勻，注射成型得到坯件，將得到的坯件脫脂，然后在真空環(huán)境下或惰性氣體氣氛中對脫脂后的坯件進行燒結，得到金屬陶瓷材料，所述金屬陶瓷原料含有不銹鋼粉末和銅粉；所述粘結劑含有石蠟、乙烯-乙酸乙烯共聚物、高密度聚丙烯、巴西棕櫚蠟和硬脂酸。本發(fā)明通過使用含有乙烯-乙酸乙烯共聚物、石蠟、巴西棕櫚蠟、高密度聚丙烯和硬脂酸的粘結劑，提供了一種使得到的金屬陶瓷材料密度大，硬度高，抗拉強度大，延伸率好，壓縮強度高，沖擊韌性好的金屬陶瓷材料制備方法。具體實施例方式本發(fā)明提供一種金屬陶瓷材料的制備方法，該方法包括將金屬陶瓷原料與粘結劑混合均勻，注射成型得到坯件，將得到的坯件脫脂，然后在真空環(huán)境下或惰性氣體氣氛中對脫脂后的坯件進行燒結，得到金屬陶瓷材料，所述金屬陶瓷原料含有不銹鋼粉末和銅粉；所述粘結劑含有石蠟、乙烯-乙酸乙烯共聚物、高密度聚乙烯、巴西棕櫚蠟和硬脂酸。所述金屬陶瓷原料含有不銹鋼粉和銅粉，其中不銹鋼粉和銅粉的顆粒大小可以根據(jù)實際需要選擇，顆粒越細，越容易成型和燒結。不銹鋼粉的粒徑優(yōu)選為20微米以下，更優(yōu)選為15-20微米；銅粉的粒徑優(yōu)選為20微米以下，5更優(yōu)選為14-20微米。以金屬陶瓷原料總重量為基準，不銹鋼粉的含量可以為95-99.9重量％，銅粉的含量可以為0.5-5重量％，優(yōu)選情況下，不銹鋼粉的含量為96-99.5重量％，銅粉的含量為0.5-4重量％。根據(jù)本發(fā)明，所述粘結劑中，石蠟、乙烯-乙酸乙烯共聚物、高密度聚乙烯、巴西棕櫚蠟和硬脂酸的含量為，以所述粘結劑的總重量為基準，石蠟的含量為8-16重量％，乙烯-乙酸乙烯共聚物的含量為30-40重量％，高密度聚丙烯的含量為10-20重量％，巴西棕櫚蠟的含量為30-40重量。％，硬脂酸的含量為1-5重量％，優(yōu)選情況下，石蠟的含量為9-15重量％，乙烯-乙酸乙烯共聚物的含量為34-40重量％，高密度聚丙烯的含量為15-20重量％，巴西棕櫚蠟的含量為35-40重量％，硬脂酸的含量為1-4重量％。本發(fā)明中，所述乙烯-乙酸乙烯共聚物是指由乙烯與乙酸乙烯聚合生成的聚合物，優(yōu)選情況下，所述乙烯-乙酸乙烯共聚物的重均分子量為2000-20000，乙酸乙烯占乙烯-乙酸乙烯共聚物的10-25重量％，符合上述條件的乙烯-乙酸乙烯共聚物可以通過商購得到，例如，溫州華特熱熔膠有限公司產(chǎn)的乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)。本發(fā)明中，所述高密度聚丙烯是指由丙烯共聚生成的熱塑性聚烯烴，優(yōu)選情況下，所述高密度聚丙烯的密度為0.94-0.98克/立方厘米，符合上述條件的高密度聚丙烯可以通過商購得到，例如，廣東省佛山市順德吉德貿(mào)易有限公司(CJS700)。本發(fā)明中，所述巴西棕櫚蠟沒有特別要求，可以使用各種級別的產(chǎn)品，可以通過商業(yè)購買獲得，如美國史東畢斯公司。本發(fā)明中，所述粘結劑的用量可以在很大的范圍內(nèi)變動，優(yōu)選情況下，相對于100重量份的金屬陶瓷原料，所述粘結劑的用量為6-16重量份，進一步優(yōu)選為，相對于100重量份的金屬陶瓷原料，所述粘結劑的用量為6-10重量份。6根據(jù)本發(fā)明，所述將金屬陶瓷原料與粘結劑混合的方法沒有特別的限制，只要能夠使金屬陶瓷原料與粘結劑混合均勻即可，所述混合的條件包括混合溫度為130-200°C，混合時間為1-6小時，優(yōu)選情況下，所述混合溫度為165-180°C，混合時間為3-5小時，優(yōu)選情況下，可以使用高速混合機進行初混，之后使用雙螺桿擠出機進行密煉，初混所用的高速混合機沒有特別的限制，可以使用本領域常規(guī)的各種混合設備，例如，張家港市輕工機械廠有限公司生產(chǎn)的SHR-100A型高速混合機；密煉所用的雙螺桿擠出機沒有特別的限制，可以使用本領域常規(guī)的各種密煉設備，例如，張家港市輕工機械廠有限公司生產(chǎn)的CET-35型同向雙螺桿擠出機配混擠出機。根據(jù)本發(fā)明，所述注射成型的方法為本領域技術人員所公知，例如，使用注射成型機中，注射到具有坯件結構的模具中，之后在注射成型條件下注射成型，得到坯件。所述注射成型的條件包括注射成型的溫度為140-180°C，注射成型的壓力為80-100MPa，模溫為40-9(TC，注射成型的時間可以在很大范圍內(nèi)改變，一般情況下，單件樣品的注射成型的時間為10-40秒，所述注射成型的設備沒有特別的限制，可以使用各種常規(guī)的注射成型的設備，例如，海天機械集團生產(chǎn)的HTF-80/TJ型注塑成型機。所述脫脂可以采用常規(guī)的脫脂方法，優(yōu)選情況下所述脫脂包括首先將坯件進行溶劑脫脂，之后將溶劑脫脂后的坯件在惰性氣體氣氛或真空環(huán)境下進行熱脫脂。所述溶劑脫脂的條件包括脫脂溫度為40-80°C，脫脂時間為2-10小時，優(yōu)選情況下，脫脂溫度為70-80°C，脫脂時間為2-3小時。所述溶劑脫脂的溶劑可以為正庚烷、正己烷、三氯乙烯、二氯甲垸、三氯甲烷和三氯乙烷中的一種或幾種，優(yōu)選情況下，所述溶劑為三氯乙烯。溶劑的用量為常規(guī)用量。所述熱脫脂的條件包括，熱脫脂溫度為200-750°C，熱脫脂的時間為0.5-20小時。優(yōu)選情況下，所述熱脫脂包括兩個階段，第一階段熱脫脂是指在10-40分鐘內(nèi)升溫至200-350。C，并保持該溫度1-5小時；第二階段熱脫脂是指在30-250分鐘內(nèi)升溫至400-750°C，并保持該溫度1-10小時。在熱脫脂過程中，將熱脫脂分為兩個階段能夠更好的排出熱脫脂過程中所產(chǎn)生的氣體，從而更進一步避免氣泡對坯體的影響，更進一步的提高得到的避免在脫脂過程中坯體的起泡、變形和開裂等缺陷，從而更進一步提高得到的金屬陶瓷材料的強度和抗彎曲強度。為了防止坯件中的金屬陶瓷原料在熱脫脂時氧化，所述熱脫脂在惰性氣體氣氛或真空環(huán)境下進行，其中，所述惰性氣體可以是零族元素氣體和氮氣中的一種或幾種，所述惰性氣體的流量可以為5-35升/分鐘；所述真空環(huán)境的壓力為0.2帕以下。根據(jù)本發(fā)明，在真空環(huán)境下對脫脂后的坯件進行燒結的方法為本領域技術人員所公知，例如，所述燒結的條件包括在溫度為1300-150(TC燒結23-32小時，優(yōu)選為28-32小時，所述真空環(huán)境的壓力為0.2帕以下。下面通過實施例更詳細地對本發(fā)明進行說明。實施例1該實施例用于說明本發(fā)明所提供的金屬陶瓷材料的制備方法。將乙烯-乙酸乙烯共聚物、石蠟、巴西棕櫚蠟(上海合才化工，1#)、高密度聚丙烯和硬脂酸混合，制得粘結劑，以粘合劑的總量為基準，乙烯-乙酸乙烯共聚物的含量為40重量％，石蠟的含量為10重量％，巴西棕櫚蠟的含量為38重量％，高密度聚丙烯的含量為19重量％，硬脂酸的含量為3重量。％。將含有3重量％銅粉和97重量Q^不銹鋼粉的金屬陶瓷原料與粘結劑按重量比92:8的比例在17(TC溫度下，混合4小時。將上述混合物置于注射成型機內(nèi)，以18(TC，注射壓力80兆帕，模溫4(TC的條件下加工成坯件。將坯件放入三氯乙烯中加熱到7(TC，萃取3小時，再將坯件在氮氣氣氛中以1.5。C/分鐘的升溫速度加熱至200°C，保溫2小時，再以3T:/分鐘的升溫速度加熱至600。C，保溫3小時進行脫脂，然后以3"C/分鐘的升溫速度加熱至750°C，保溫5個小時。然后在真空度為0.1Pa的條件下，以5"C/分鐘的升溫速度加熱至100(TC，保溫5小時，以6"/分鐘的升溫速度加熱至1300°C，保溫2小時，得到金屬陶瓷材料A1。實施例2該實施例用于說明本發(fā)明所提供的金屬陶瓷材料的制備方法。將乙烯-乙酸乙烯共聚物、石蠟、巴西棕櫚蠟(上海合才化工，1#)、高密度聚丙烯和硬脂酸混合，制得粘結劑，以粘合劑的總量為基準，乙烯-乙酸乙烯共聚物的含量為34。％重量％，石蠟的含量為12重量％，巴西棕櫚蠟的含量為40重量％，高密度聚丙烯的含量為20重量％，硬脂酸的含量為4重量％。將含有4重量。％銅粉和96重量％不銹鋼粉的金屬陶瓷原料與粘結劑按重量比92.8:7.2的比例在17(TC溫度下，混合4小時。將上述配料置于注射成型機內(nèi)，以180'C，注射壓力80兆帕，模溫40。C的條件下加工成坯件。在氮氣氣氛中以1.5。C/分鐘的升溫速度加熱至300。C，保溫3小時，再以2tV分鐘的升溫速度加熱至600°C，保溫4小時進行脫脂，然后以3。C/分鐘的升溫速度加熱至750°C，保溫5個小時。然后在真空度為O.lPa的條件下，以5tV分鐘的升溫速度加熱至IOO(TC，保溫5小時，以6"/分鐘的升溫速度加熱至1330°C，保溫2小時，得到金屬陶瓷材料A2。實施例3該實施例用于說明本發(fā)明所提供的金屬陶瓷材料的制備方法。將高密度聚丙烯、石蠟、巴西棕櫚蠟(上海合才化工，1#)、乙烯-乙酸乙烯共聚物和硬脂酸混合，制得粘結劑，以粘合劑的總量為基準，聚丙烯的含量為10重量％，石蠟的含量為16重量％，巴西棕櫚臘的含量為30重量%，乙烯-乙酸乙烯共聚物的含量為40重量％，硬脂酸的含量為4重量％。將含有2重量％銅粉和98重量％不銹鋼粉的金屬陶瓷原料與粘結劑按重量比92:8的比例在17(TC溫度下，混合4小時。將上述配料置于注射成型機內(nèi)，以180°C，注射壓力80兆帕，模溫4(TC的條件下加工成坯件。將坯件放入三氯乙烯中加熱到7(TC，萃取3小時，再將坯件在氮氣氣氛中在氮氣氣氛中以1.5。C/分鐘的升溫速度加熱至20(TC，保溫2小時，再以3'C/分鐘的升溫速度加熱至600。C，保溫3小時進行脫脂，然后以3"C/分鐘的升溫速度加熱至75(TC，保溫5個小時。然后在真空度為0.1Pa的條件下，以5。C/分鐘的升溫速度加熱至IOO(TC，保溫5小時，以6。C/分鐘的升溫速度加熱至1280°C，保溫2小時，得到金屬陶瓷材料A3。實施例4該實施例用于說明本發(fā)明所提供的金屬陶瓷材料的制備方法。按照與實施例1相同的方式制得金屬陶瓷材料A4，不同之處在于，金屬陶瓷原料中含有9重量％銅粉和91重量％不銹鋼粉。實施例5該實施例用于說明本發(fā)明所提供的金屬陶瓷材料的制備方法。按照與實施例1相同的方式制得金屬陶瓷材料A5，不同之處在于，熱脫脂的條件為將坯件在氮氣氣氛中以2'C/分鐘的升溫速度加熱至750°C，保溫IO個小時。實施例610實施例6分別測定由實施例1-5制得的金屬陶瓷材料Al-A5的密度，硬度，極限抗拉強度，延伸率，壓縮屈服點和沖擊韌性。(1)測定密度方法是用分析天平測出燒結體在空氣中的重量G1，在水中的重量G2，根據(jù)下列公式計算燒結體密度。燒結體密度二G1/(G1-G2)X0.99565測定結果如表1所示。(2)測定硬度方法是將金屬陶瓷材料制品在洛氏硬度測試機(北京時代科技股份有限公司，TH300)上進行HRA硬度測試，硬度測試的條件包括壓頭重量為200克，加載時間為10秒。測定結果如表l所示。(3)測定極限抗拉強度常規(guī)試樣直徑12.5毫米，長度220毫米，標距50毫米，在萬能實驗機(深圳新三思集團，CMT5105)上拉至斷裂，其最大力與工作面截面面積比值就是抗拉強度。測定結果如表1所示。(4)測定延伸率延伸率是指試樣在萬能實驗機(深圳新三思集團，CMT5105)下拉斷時所產(chǎn)生的最大相對變形率,LO、L1分別表示試樣試驗前、后的標距延伸率公式即為L1/L0X1007。測定結果如表1所示。(5)測定壓縮屈服點用萬能實驗機(深圳新三思集團，CMT5105)進行測定壓縮屈服點測試，試樣在拉伸時，當應力超過彈性極限，即使應力不再增加，而試樣仍繼續(xù)發(fā)生明顯的塑性變形，稱此現(xiàn)象為屈服，而產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時的最小應力值即為屈服點。用萬能實驗機測出s處的外力設為Ps，F(xiàn)o為試樣斷面積，則屈服點as=Ps/Fo(MPa)，測定結果如表1所示。(6)測定沖擊韌性用擺錘沖擊實驗機(深圳新三思集團，ZBC2302-1)進行沖擊韌性測定。用一次擺錘沖擊彎曲試驗來測定材料抵抗沖擊載荷的能力，即測定沖擊載荷試樣被折斷而消耗的沖擊功Ak，單位為焦耳(J)。Ak除以試樣缺口處的截面積F，可得到材料的沖擊韌度(沖擊值)指標，即ak=Ak/F，其單位為kJ/n^或J/cm2。測定結果如表1所示。對比例1該對比例用于制備由《316L不銹鋼及ZTA陶瓷粉末注射成型技術的研究》中公開的方法制得的金屬陶瓷材料。按照與實施例4相同的方式制得金屬陶瓷材料B1，不同之處在于，所用粘結劑為重量比為1:1:0.02:0.8的聚乙烯、聚丙烯、油酸和石蠟的混合物。對比例2該對比例按照與實施例6相同的方式，測定由對比例1制得的金屬陶瓷材料B1的密度，硬度，極限抗拉強度，延伸率，壓縮屈服點和沖擊韌性。測定結果如表1所示。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>從表1的結果可以看出，根據(jù)本發(fā)明所提供的方法制得的金屬陶瓷材料Al-5與對比例1制得的材料B1相比，具有密度大，硬度高，抗拉強度大，延伸率好，壓縮強度高，沖擊韌性好的優(yōu)點，這說明本發(fā)明提供了一種使得到的金屬陶瓷材料密度大，硬度高，抗拉強度大，延伸率好，壓縮強度高，沖擊韌性好的金屬陶瓷材料制備方法。權利要求1、一種金屬陶瓷材料的制備方法，該方法包括將金屬陶瓷原料與粘結劑混合均勻，注射成型得到坯件，將得到的坯件脫脂，然后在真空環(huán)境下或惰性氣體氣氛中對脫脂后的坯件進行燒結，得到金屬陶瓷材料，其特征在于，所述金屬陶瓷原料含有不銹鋼粉末和銅粉；所述粘結劑含有石蠟、乙烯-乙酸乙烯共聚物、高密度聚丙烯、巴西棕櫚蠟和硬脂酸。2、根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，相對于100重量份的金屬陶瓷原料，所述粘結劑的用量為6-16重量份。3、根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其中，以所述金屬陶瓷原料的總量為基準，不銹鋼粉末的含量為95-99.5重量％，銅粉的含量為0.5-5重量％。4、根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其中，以所述粘結劑的總重量為基準，石蠟的含量為8-16重量％，乙烯-乙酸乙烯共聚物的含量為30-40重量％，高密度聚丙烯的含量為10-20重量％，巴西棕櫚蠟的含量為30-40重量％，硬脂酸的含量為1-5重量％。5、根據(jù)權利要求4所述的方法，其中，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物的重均分子量為2000-20000，乙酸乙烯占乙烯-乙酸乙烯共聚物的10-25重量％;所述高密度聚丙烯的密度為0.98-1.18克/立方厘米。6、根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物的重均分子量為2000-20000，乙酸乙烯占乙烯-乙酸乙烯共聚物的10-25重量％;所述高密度聚丙烯的密度為0.98-1.18克/立方厘米。7、根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述將金屬陶瓷原料與粘結劑混合的條件包括混合溫度為130-200°C，混合時間為1-6小時；所述注射成型的條件包括注射成型的溫度為140-180°C，注射成型的壓力為80-100MPa，模溫為40-90。C。8、根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述脫脂包括首先將坯件進行溶劑脫脂，之后將溶劑脫脂后的坯件在惰性氣體氣氛或真空環(huán)境下進行熱脫脂；所述溶劑脫脂的條件包括脫脂溫度為40-8(TC，脫脂時間為2-10小時，所述溶劑脫脂的溶劑為正庚烷、正己垸、三氯乙烯、二氯甲垸、三氯甲烷和三氯乙垸中的一種或幾種；所述熱脫脂的條件包括熱脫脂溫度為200-750°C，熱脫脂的時間為0.5-20小時。9、根據(jù)權利要求8所述的方法，其中，所述熱脫脂包括兩個階段，第一階段熱脫脂是指在10-40分鐘內(nèi)升溫至200-35(TC，并保持該溫度1-5小時；第二階段熱脫脂是指在30-250分鐘內(nèi)升溫至400-750°C，并保持該溫度1-10小時。10、根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述燒結的條件包括在溫度為1300-150(TC燒結23-32小時。全文摘要本發(fā)明是關于一種金屬陶瓷材料的制備方法。該方法包括將金屬陶瓷原料與粘結劑混合均勻，注射成型得到坯件，將得到的坯件脫脂，然后在真空環(huán)境下或惰性氣體氣氛中對脫脂后的坯件進行燒結，得到金屬陶瓷材料，其中，所述金屬陶瓷原料含有不銹鋼粉末和銅粉；所述粘結劑含有石蠟、乙烯-乙酸乙烯共聚物、高密度聚丙烯、巴西棕櫚蠟和硬脂酸。本發(fā)明提供了一種使得到的金屬陶瓷材料密度大，硬度高，抗拉強度大，延伸率好，壓縮強度高，沖擊韌性好的金屬陶瓷材料制備方法。文檔編號C22C1/05GK101445881SQ200710187559公開日2009年6月3日申請日期2007年11月26日優(yōu)先權日2007年11月26日發(fā)明者劉慧強,向其軍,桑淑華,郭忠臣,陳福平申請人:比亞迪股份有限公司