[發明專利]一種具有裂紋愈合能力的陶瓷材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202011181198.X
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112279653B
• 公開（公告）日: 2023-03-17
• 發明（設計）人: 肖光春;張帥;陳照強;許崇海;衣明東;張靜婕
• 申請（專利權）人: 齊魯工業大學
• 主分類號: C04B35/584
• 分類號: C04B35/584;C04B35/622;C04B35/63;C04B35/64
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 王志坤

本發明涉及陶瓷材料技術領域，具體涉及一種具有裂紋愈合能力的陶瓷材料及其制備方法，按照體積百分數其組成為α?Si₃N₄ 60?80％，TiC 5?15％，ZrSi₂ 0?20％，Al₂O₃ 3?7％，Y₂O₃ 5?7％，使用無水乙醇為分散介質制備α?Si₃N₄、TiC和ZrSi₂懸浮液，混合后加入分散劑，和Al₂O₃和Y₂O₃粉體，經濕法球磨混料和SPS燒結制備而成。本發明制備的陶瓷刀具材料具有良好的燒結致密性，增強了陶瓷刀具材料的綜合力學性能力；依靠ZrSi₂在600℃的氧化反應實現陶瓷材料裂紋的愈合，陶瓷材料的抗彎強度可以恢復到光滑試樣的80％以上，提高了陶瓷刀具材料的使用壽命。

技術領域

本發明涉及陶瓷材料技術領域，具體涉及一種具有裂紋愈合能力的陶瓷材料及其制備方法。

背景技術

公開該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不必然被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已經成為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

陶瓷材料由于其優異的性能，如耐高溫、耐腐蝕、耐磨損和高強度，在過去幾十年中受到越來越多的關注和應用。然而，陶瓷材料也存在明顯的缺點，如高速干切削過程受機械沖擊和熱震作用力易產生微裂紋，摩擦系數高、以及對缺陷敏感等。這將導致陶瓷材料提前達到失效標準，造成了極大的資源和經濟的浪費。

針對上述問題，近年來研究者開發了具有裂紋愈合能力的陶瓷材料。通過向陶瓷基體中添加具有特定功能的組分，使刀具材料具有裂紋愈合的功能。具有裂紋愈合能力的陶瓷材料是指在陶瓷材料基體中添加合適的修復劑，當陶瓷材料的裂紋產生時自修復陶瓷材料是通過向陶瓷基體添加特定的愈合劑，當材料產生裂紋時，通過愈合劑或者愈合劑的化學反應來使陶瓷材料的裂紋愈合。研究表明愈合劑使裂紋愈合后，陶瓷材料強度恢復，使用壽命延長。現有技術中已經公開了添加SiC和MoSi₂、MAX相等材料制備自愈合陶瓷材料。發明人發現現有技術中的自愈合陶瓷材料也存在一定的不足，如SiC材料的熱處理溫度需要在1000-1300℃，熱處理溫度越低所需時間越長，當溫度低于1000℃時裂紋愈合需要幾十小時來愈合等。

發明內容

為了解決現有技術中存在的技術問題，本發明公開了一種具有裂紋愈合能力的Si₃N₄/TiC/ZrSi₂陶瓷材料及其制備方法，通過添加修復劑ZrSi₂，使Si₃N₄/TiC陶瓷材料具有良好的裂紋修復能力，并且具有良好的燒結致密性，增強了陶瓷刀具材料的綜合力學性能力。

具體地，本發明的技術方案如下所述：

在本發明的第一方面，提供一種具有裂紋愈合能力的陶瓷材料，按照體積百分數其組成為α-Si₃N₄ 60-80％，TiC 5-15％，ZrSi₂ 0-20％，Al₂O₃ 3-7％，Y₂O₃ 5-7％。

其中，α-Si₃N₄為基體，TiC為增強相，ZrSi₂為愈合劑，Al₂O₃和Y₂O₃為燒結助劑。

在本發明的第二方面，提供一種第一方面所述具有裂紋愈合能力的陶瓷材料的制備方法，包括以下步驟：