[發明專利]一種含納米級勃姆石的金屬陶瓷材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201610022753.1
• 申請日: 2016-01-14
• 公開（公告）號: CN105603284B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發明（設計）人: 許榮輝;李洛利;肖民樂
• 申請（專利權）人: 洛陽三睿寶納米科技有限公司
• 主分類號: C22C27/04
• 分類號: C22C27/04;C22C30/00;C22C32/00;C22C29/12;C22C1/05;C22C1/10
• 代理公司: 洛陽公信知識產權事務所(普通合伙)41120
• 代理人: 狄干強

技術領域

本發明涉及到金屬陶瓷材料領域，具體的說是一種含納米級勃姆石的金屬陶瓷材料及其制備方法。

背景技術

金屬陶瓷材料廣泛用于銅、鋁等金屬材料擠壓加工中的擠壓模，尤其是對于變形抗力較大的銅合金則幾乎全部采用主要成分為W、Cr、Ni、Al₂O₃等的金屬陶瓷模。目前從使用情況來看，現有的金屬陶瓷模具使用壽命不長，比如擠壓白銅合金時情況就很嚴重，其平均壽命只有50根左右。究其原因，三氧化二鋁作為陶瓷相的金屬陶瓷材料雖然高溫硬度達到要求，但由于其尺寸大，陶瓷相脆性大，導致整體材料韌性較差，使用中熱擠壓模具容易開裂而失效，因此提高金屬陶瓷材料的韌性是提高金屬陶瓷熱擠壓模具壽命的重要途徑。

發明內容

為解決現有金屬陶瓷韌性比較差導致做成的熱擠壓模具壽命低的問題，本發明提供了一種含納米級勃姆石的金屬陶瓷材料及其制備方法，通過該方法制備的金屬陶瓷，能夠明顯抑制陶瓷材料中的脆性斷裂、顯著提高材料的抗熱震性能和韌性。

本發明為解決上述技術問題采用的技術方案為：一種含納米級勃姆石的金屬陶瓷材料，由10～30重量份的納米級勃姆石、70～80重量份的鎢、20～40重量份的鉻、1～10重量份的鈷、2～10重量份的鎳和0～10重量份的稀土燒結而成。

所述納米級勃姆石的顆粒大小為20～400納米。

所述稀土為氧化鑭或氧化釔。

上述含納米級勃姆石的金屬陶瓷材料的制備方法，首先按照上述要求的比例稱取各物料，然后對納米級勃姆石進行處理，處理后的產物與鎢、鉻、鈷、鎳和稀土混合，再依次經成型、燒結即得到產品，所述對納米級勃姆石進行處理的操作為：將納米級勃姆石在惰性氣氛中以1~10℃/min的升溫速率升溫速率加熱到1050～1300℃，然后在該溫度下煅燒50～70h，煅燒后以300～500℃/min的降溫速率急速冷卻至常溫即得到產物，該產物為納米晶剛玉，然后將其與稱量好的鎢、鉻、鈷、鎳和稀土混合、成型、燒結后即得到產品。

所述燒結可以為熱壓燒結，具體工藝條件為：在真空或氬氣、氮氣、氫氣為保護氣氛的條件下進行燒結，燒結溫度1300～1800℃，燒結時間20～60min，施加壓力10～30MPa。

所述燒結可以為熱等靜壓燒結，具體工藝條件為：燒結溫度1300～1900℃，燒結時間2～10h，施加壓力30～200Mpa，保護氣氛為氨氣、氮氣或氫氣。

所述燒結可以為混合燒結，具體操作為：先在真空條件下，以1~3℃/min的升溫速率將溫度升高到1300℃，并保持該溫度燒結2～4h，然后向其中充入氫氣、氮氣或氬氣作為保護氣氛，并以5～10℃/min的升溫速率將溫度升高到1800℃，在該溫度下燒結1～4h。

本發明中所用的納米級勃姆石是依照專利號為201210395756.1、專利名稱為一種勃姆石納米晶或納米晶須的制備方法的記載制備出的納米級勃姆石。

由于納米材料本身的顆粒細小，比表面積巨大，因此，極容易出現團聚現象，常規意義上說的納米材料是在透射電鏡（國家標準以透射電鏡為準）下顯示的單個顆粒為幾個到100納米粒徑，但是在馬爾文激光粒度儀上顯示時基本為幾十微米的粒徑，究其原因，是因為納米材料本身的團聚效應，團聚后的納米材料在外觀上顯示已經達到幾十微米的粒徑，這樣使得即使加入納米級的顆粒材料，實際上仍然為微米級，除非經過一系列的處理使團聚的納米顆粒分散；

本發明中，通過對納米級勃姆石進行燒結之后并急速冷卻，這樣制得的納米材料并不會出現團聚現象，也就是說，燒結后形成的氧化鋁顆粒是處于單個納米顆粒分散狀態，并不會表現出團聚現象，這樣就使得其在加入其余物料時仍表現出納米級顆粒的性質，由于顆粒呈現出納米級別，因此，在加入后可以認為是仍處于單相體系，不僅彌散性好、分布均勻，而且結合也更加緊密。

有益效果：本發明通過對納米級勃姆石進行煅燒、然后急速冷卻從而得到呈分散狀態的納米晶剛玉（即納米三氧化二鋁），與常規的微米級三氧化二鋁相比，納米晶剛玉作為彌散硬質點的加入不但可以增強金屬陶瓷材料的高溫硬度，同時由于其特殊的尺寸范圍，在材料中彌散分布，還能使材料保持較高的韌性，并能夠明顯抑制陶瓷材料中的脆性斷裂、顯著提高材料的抗熱震性能。

具體實施方式 下面結合具體實施例對本發明做進一步的闡述。以下實施例中所用到的納米級勃姆石是依照專利號為201210395756.1、專利名稱為一種勃姆石納米晶或納米晶須的制備方法的記載制備出的納米級勃姆石，其粒徑為20～400nm，其余的原料均為本領域常規用料。