[發(fā)明專利]一種硼化鋯-碳化鎢鈦自潤滑復(fù)合陶瓷材料的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010215916.0
• 申請日: 2010-07-01
• 公開（公告）號: CN101913876A
• 公開（公告）日: 2010-12-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李彬;鄧建新;連云崧;王紅
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號: C04B35/58
• 分類號: C04B35/58;C04B35/56;C04B35/622
• 代理公司: 濟南圣達專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 37221
• 代理人: 李健康

一、技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬工程材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種硼化鋯-碳化鎢鈦自潤滑復(fù)合陶瓷材料的制備方法。

二、背景技術(shù)

ZrB₂是六方晶系的C32準(zhǔn)金屬結(jié)構(gòu)化合物，它具有高熔點、高硬度、高穩(wěn)定性以及良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性和抗化學(xué)腐蝕性，因此在耐火材料、噴嘴、切削刀具和模具行業(yè)有很大的發(fā)展前景。此外，ZrB₂具有良好的中子控制能力，可用于核工業(yè)。但由于ZrB₂陶瓷材料自身燒結(jié)致密化較困難，抗彎強度、斷裂韌性較低的缺陷限制了它的應(yīng)用范圍，常常因破損而失效。為了改善ZrB₂陶瓷的力學(xué)性能，Melendez-Martinez開發(fā)了ZrB₂/Ni復(fù)合陶瓷材料，斷裂韌性可達到2.8～3.5MPa·m^1/2，抗彎強度可達到351～371MPa，但仍然不能滿足很多工程需求(Journal?of?the?European?Ceramic?Society，2002，22：2543-2549)。Monteverde的研究表明：在ZrB₂陶瓷材料中加入SiC可以改善其超高溫下(1200℃～1600℃)的性能，但常溫下的斷裂韌性仍然比較低，僅為3.3～4.0MPa·m^1/2(Materials?Science?and?Engineering?A，2008，485：415-421)。ZrB₂屬于含硼系列陶瓷，在摩擦高溫(800℃～1000℃)驅(qū)動下能生成溶解有其它元素的硼的氧化物潤滑膜，可以實現(xiàn)自潤滑，是一種很好的自潤滑材料(Acta?Materialia，2007，55：5999-6010)。然而，斷裂韌性較低的缺陷，明顯地限制了ZrB₂陶瓷材料在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用。最近研究表明：(W，Ti)C的加入可以有效提高復(fù)合陶瓷材料的抗彎強度和斷裂韌性，明顯改善其力學(xué)性能。Al₂O₃/(W，Ti)C復(fù)合材料，斷裂韌性和抗彎強度分別達到6.55MPa.m^1/2和840MPa，相對于Al₂O₃單相陶瓷，其斷裂韌性和抗彎強度分別提高了91.5％和124.5％(中國機械工程，2009，(22)：2751-2754)。因此，在ZrB₂陶瓷基體中引入(W，Ti)C相復(fù)合可進一步改善工程陶瓷材料的綜合力學(xué)性能，擴大其應(yīng)用范圍。

三、發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有高強度、高韌性的硼化鋯-碳化鎢鈦自潤滑復(fù)合陶瓷材料的制備方法。

本發(fā)明是通過以下方式實現(xiàn)的。

本發(fā)明的一種硼化鋯-碳化鎢鈦自潤滑復(fù)合陶瓷材料制備方法，該材料主要包括ZrB₂、(W，Ti)C和ZrO₂，其特征是通過以下方法制備：

(1)初次球磨工藝：先分別將ZrB₂原料和(W，Ti)C原料以無水乙醇為介質(zhì)濕式球磨100小時，然后在150℃下用真空干燥箱干燥24h后過篩，得到較均勻的細化粉末；

(2)配料、攪拌及二次球磨工藝：以初次細化的ZrB₂作為基體材料，(W，Ti)C為強化相，ZrO₂為增韌相，添加MgO助燒劑；各組分的體積百分比為：ZrB₂45.2～82.1％，(W，Ti)C?10.0～50.0％，ZrO₂?3.8～6.9％，MgO?1.0％；將配置好的混合原料倒入以無水乙醇為介質(zhì)的燒杯中，超聲波振蕩攪拌30分鐘，混合料以無水乙醇為介質(zhì)濕式球磨200小時，在150℃下用真空干燥箱干燥24h后過篩，得到適于燒結(jié)的均勻細化復(fù)合粉末；

(3)熱壓燒結(jié)：將混合好的復(fù)合粉末裝如高強石墨模具中，然后在真空環(huán)境下熱壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度范圍為1700～1800℃，壓力為30MPa，保溫時間為30～35分鐘。