[發明專利]鐵鋁金屬間化合物/氧化鋯陶瓷復合材料及其制備方法

無效

• 申請號: 02135506.1
• 申請日: 2002-09-03
• 公開（公告）號: CN1398819A
• 公開（公告）日: 2003-02-26
• 發明（設計）人: 尹衍升;李嘉;張金升;譚訓彥
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C04B35/48
• 分類號: C04B35/48;B22D11/10;B22D41/54
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司
• 代理人: 張希華

1、技術領域：本發明屬于工程陶瓷材料領域，特別是涉及一種連鑄連軋用澆注水口、模具及熱噴涂用的鐵鋁金屬間化合物/氧化鋯陶瓷復合材料及其制備方法。

2、背景技術：在冶金企業，鋼鐵的連鑄連軋不僅提高了生產率，而且大大提高了鋼材質量。在鎮靜鋼的連鑄過程中，其關鍵部件----浸入式水口材料的使用壽命直接影響到連鑄作業的進度和鋼的質量。傳統的鋁碳水口材料中，由于氧化鋁附著于水口壁形成結瘤而發生水口堵塞，當結瘤進入鋼液時，將產生大量雜質而導致鋼鐵產品的質量下降。近年來，為了解決氧化鋁結瘤問題，開發出以氧化鋯為主要成分的陶瓷水口新材料，此種材料熱穩定性好、化學性能穩定，與多數熔融金屬不浸潤，從而延長了水口使用壽命，提高了生產率和鋼材質量。ZrO₂在氧化物陶瓷中，具有較高的室溫強度和韌性，被譽為“陶瓷鋼”。然而，氧化鋯陶瓷及其復合材料有兩個缺點，一是在濕氣和中低溫環境下的時效作用會導致力學性能逐漸下降，二是高溫下相變增韌作用減弱乃至消失從而使強度和韌性隨溫度提高而急劇下降。李世普主編《特種陶瓷工藝學》第98頁介紹了氧化釔穩定的四方氧化鋯陶瓷(Y-TZP)具有高強度、高斷裂韌性、耐磨性好等一系列優異的力學性能，被視為陶瓷結構材料中的佼佼者。但是，Y-TZP在100-400℃溫區(尤其是在潮濕的環境中)長期使用時，會導致其力學性能顯著下降，在表面伴有微觀和宏觀的微裂紋，這就是所謂的Y-TZP中低溫老化現象。這一缺陷嚴重影響了Y-TZP作為工程結構材料的實際應用。

3、發明內容：本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，利用資源豐富、價格低廉的原料，提供一種價格適宜、性能優良、先進實用的鐵鋁金屬間化合物/氧化鋯陶瓷復合材料及其制備方法。

本發明是通過以下方式實現的：

鐵鋁金屬間化合物/氧化鋯陶瓷復合材料，其特征是：它由Fe-Al金屬間化合物、ZrO₂和添加劑三部分組成，各組成部分的質量百分比為：ZrO₂15-84.99％，Fe-Al金屬間化合物15-84.99％，添加劑0.01-5％。

Fe-Al金屬間化合物中各組分原子百分比為：鋁16-35％，其余為鐵。

添加劑為由鈮、釩、鉬、鉭、鉻、硼、鎢、硅、鋯的至少一種所組成，各組分在鐵鋁金屬間化合物/氧化鋯陶瓷復合材料配方中的質量百分比為：鈮0-2；釩0-5；鉬0-2；鉭0-5；鉻0-3；硼0-1.5；鎢0-1；硅0-4；鋯0-1.5。

上述鐵鋁金屬間化合物/氧化鋯陶瓷復合材料的制備方法，包括以下步驟：1)將鐵粉和鋁粉以及添加劑按配比準確配料，利用球磨過程進行機械合金化，形成主晶相為Fe₃Al和FeAl的混合物；2)將主晶相為Fe₃Al和FeAl的混合物與ZrO₂細粉按比例配料后，一起球磨制粉；3)將粉體材料裝入石墨模具中，在真空中或用氮氣作保護氣體，熱壓燒結，燒成溫度范圍為：1300-1500℃，壓力為10-40MPa。

另一種鐵鋁金屬間化合物/氧化鋯陶瓷復合材料的制備方法，包括以下步驟：1)金屬鐵粉、鋁粉及少量添加劑與ZrO₂粉體按配方準確配料，然后一起球磨制粉；2)將粉體裝入石墨模具中，用真空或氮氣作保護氣體，熱壓燒結；燒成溫度：1300-1500℃，壓力為10-40MPa.

4、具體實施方式：

實施例1；鐵鋁金屬間化合物/氧化鋯陶瓷復合材料，它由Fe-Al金屬間化合物、ZrO₂和添加劑三部分組成，各組分的質量百分比為：鐵鋁金屬間化合物15％；氧化鋯陶瓷84％；添加劑1％。其制備方法如下：首先，將鐵粉7.5千克、鋁粉7.5千克、添加劑1.0千克于球磨機中球磨50小時，然后加入ZrO₂粉84千克，混合3小時，經真空干燥后用100目篩篩選。熱壓工藝為：在1400℃的溫度下加壓30MPa，在真空或氮氣保護條件下熱壓燒結。所制得的熱壓燒結材料的硬度為90(HRA)，抗彎強度為910MPA，成功地用于連鑄水口材料；