[發明專利]一種高溫納米復合陶瓷材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201310672769.3
• 申請日: 2013-12-12
• 公開（公告）號: CN103641458A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發明（設計）人: 張桂生
• 申請（專利權）人: 張桂生
• 主分類號: C04B35/119
• 分類號: C04B35/119;C04B35/50;C04B35/56;C04B35/622
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 陳衛;李志強

技術領域

?本發明涉及陶瓷材料技術領域，更具體地，涉及一種高溫納米復合陶瓷材料及其制備方法。

背景技術

復合陶瓷材料具有硬度高、耐磨性好、熱化學穩定性強、熔點高等特點，特別適用于制作加工刀具。用復合陶瓷材料制造的刀具在高溫下仍能進行高速切削，與鋼鐵等金屬的親和力小，摩擦系數低，抗粘結和抗擴散能力強，切削時不易粘刀及產生積屑瘤，工件的加工表面質量好，這些特點使得復合陶瓷刀具特別適合于加工各種難加工材料。

碳氮化鈦基金屬陶瓷（Ti（C,N））是在二十世紀70?年代初發展起來的，以Ti（C，N）為主要硬質相和以鎳、鉬為粘結相組成的，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，優良的抗氧化能力和化學穩定性。

刀具在切削加工過程中，刀具的前、后刀面不斷與切屑和工件接觸，并發生劇烈摩擦，接觸區處于高溫、高壓狀態。發生在刀具上的摩擦與磨損會造成刀具損壞而失效，使切削無法進行；發生在工件上的劇烈摩擦則會使加工表面質量惡化。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決上述技術問題。

本發明的首要目的是提供一種高溫納米復合陶瓷材料，這種陶瓷材料硬度高、韌性好，并且具有良好的高溫穩定性。

本發明的進一步目的是提供一種高溫納米復合陶瓷材料的制備方法。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

提供一種高溫納米復合陶瓷材料，按重量百分比包括以下組分：納米ZrO₂?2.5~5份、亞微米Al₂O₃?40~45份、納米TiC?30~40份、納米B₄C?1~4份、納米SiO_2?30-35份、稀土氧化物30-40份。

氧化鋯（ZrO₂）材料本身具有高硬度、高溫、高韌性、極高的耐磨性及耐化學腐蝕性等優良的物化性能，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。

本發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（TiC）、氧化硅和納米碳化硼（B₄C）得到高溫納米復合陶瓷材料，碳化鈦具有高硬度、高熔點和耐磨損的性能，碳化硼脆性低且耐磨，經試驗證明，將上述材料與氧化鋯、氧化硅和氧化鋁復合得到的陶瓷材料，即本發明的這種納米復合陶瓷材料具有高硬度、高溫、高斷裂韌度及耐高溫等優良性能，適合陶瓷工藝中要求高性能的產品的制造加工，特別適用于制作加工高溫的刀具。

優選地，按重量百分比包括以下組分：納米ZrO₂?4.5份、亞微米Al₂O₃?42份、納米TiC?38份、納米B₄C?3份，納米SiO_2?32份、稀土氧化物35份。

所述稀土氧化物為氧化鑭、氧化鈰、氧化鐠。

本發明還提供一種如上所述高溫納米復合陶瓷材料的制備方法，包括以下步驟：

S1.?配料：按重量百分比進行配料：納米ZrO₂?2.5~5份、亞微米Al₂O₃?40~45份、納米TiC?30~40份、納米B₄C?1~4份、納米SiO_2?30-35份、稀土氧化物30-40份；

S2.?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；

S3.?將步驟S2的各顆粒復合，在球磨機上球磨混合均勻，經真空干燥得到原料粉末；

S4.?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。

優選地，步驟S4中，燒結溫度為1500~1700℃，保溫時間40min。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：