一種鈦、鋁、氮化鈦、二氧化鋯金屬陶瓷材料制備工藝的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種鈦、鋁、氮化鈦、二氧化鋯金屬陶瓷材料制備工藝，屬于金屬陶瓷材料領域。其制備步驟如下：配料與混合：采用工業純的鈦、鋁、氮化鈦、二氧化鋯粉末原料，按照質量百分比ZrO210-35%，Ti20-35%，Al20-40%，TiN20-45%配比進行混合；制粉：利用球磨系統將配制好的粉料進行球磨，球磨后的粉料粒度小于0.5微米；壓坯：將球磨后粉末混合均勻，放置于石墨模具中；燒結成形：在真空熱壓燒結系統中進行燒結；最后將燒結體進行熱處理獲得成品。使用本發明制得的金屬陶瓷硬度和耐磨性得到顯著提高，具有高的抗磨損能力、韌性和機械加工性，在民用機電行業及軍工領域均有廣泛的應用前景。
【專利說明】一種鈦、鋁、氮化鈦、二氧化鋯金屬陶瓷材料制備工藝
【技術領域】
[0001]本發明涉及金屬陶瓷材料領域，具體涉及一種鈦、鋁、氮化鈦、二氧化鋯金屬陶瓷材料制備工藝。
【背景技術】
[0002]二氧化鋯陶瓷具有高強度、高硬度、耐高溫、耐酸堿的特點，同時具有良好的導電性能，其在高溫結構材料、耐腐蝕以及電氣材料中有著廣泛的應用前景。但是二氧化鋯陶瓷還存在著韌性較差，受沖擊時易于破碎，不能像金屬材料一樣具有良好的機械加工性，以及抗熱震性和高溫塑性能力較低。采用增韌技術的二氧化鋯，韌性雖然有所提高，但與金屬材料相比，其韌性指標還相差較遠，不能滿足現代工藝的要求。美國專利20030167969公開了一種多元氧化物陶瓷與金屬組合陶瓷，既能有金屬組分的良好韌性，有具有陶瓷材料的高硬度和高耐磨性，但多元氧化物各自對燒結溫度要求不同，給燒結工藝帶來困難。中國專利92114875.5公開了一種自蔓延燒結的金屬陶瓷，但采用自蔓延燒結的工藝技術有待于提高。鋁與氮化鈦合金陶瓷既具有陶瓷的耐高溫抗氧化、耐腐蝕的性能，又具有金屬一樣的機械科加工性、抗熱 震性、高溫塑性、導電性等優點，但是鋁與氮化鈦合金存在硬度較低、耐酸堿性較差、力學性能較差的缺點。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是為了克服二氧化鋯陶瓷沖擊韌度低的缺點，機械加工性、抗熱震性和高溫塑性能力較低的缺點，以及鋁與氮化鈦合金的硬度較低、耐酸堿性較差、力學性能較差的缺點，本發明提供了一種鈦、鋁、氮化鈦、二氧化鋯金屬陶瓷材料制備工藝。
[0004]本發明解決其技術問題采用的技術方案如下:一種鈦、鋁、氮化鈦、二氧化鋯金屬陶瓷材料制備工藝，其步驟如下:
1)配料與混合:采用工業純的鈦、鋁、氮化鈦、二氧化鋯粉末原料，按照質量百分比ZrO210-35%, Ti 20-35%, Al 20-40%，TiN 20-45% 配比進行混合；
2)制粉:利用球磨機將配制好的粉料進行球磨，球磨2-4小時，球磨后的粉料粒度小于0.5微米；
3)壓坯:將球磨后粉末混合均勻，放置于石墨模具中；
4)燒結成形:在真空熱壓燒結系統中進行燒結，真空度為10_2Pa，以10-70°C/min的升溫速率升溫至1300-1400°C，保溫2-5小時，壓力為30_70Mpa ；
5)燒后熱處理:加熱到800-1000°C，保溫2-3小時，保溫后快速冷卻。
[0005]本發明利用鈦、鋁、氮化鈦、二氧化鋯元素在燒結中的相互反應，形成鈦、鋁、氮化鈦的化合物和固溶體，可以獲得高于一般金屬材料的硬度，而脆性遠低于陶瓷材料。本發明利用二氧化鋯有兩種變體，在1000°c時由單斜晶系轉變為四方晶系，此晶系轉變為可逆轉變，冷卻過程中，晶系轉變伴有體積膨脹，可提高材料的致密度，對內部裂紋產生壓應力，阻礙裂紋的擴展，提高材料的韌性。更重要的是二氧化鋯的熱膨脹系數與鋁、氮化鈦合金相近，將二氧化鋯與鋁、氮化鈦合金結合，將二者的特性相結合，相互取長補短，獲得兼具二者優點的復合材料。
[0006]采用上述技術方案的有益效果是:鈦、鋁、氮化鈦、二氧化鋯金屬陶瓷材料的硬度和耐磨性高于鋁、氮化鈦合金，沖擊韌度和機械加工性高于二氧化鋯陶瓷，通過熱處理后，其中金屬相中固溶體的硬度和耐磨性得到提高，二氧化鋯相的分布較為均勻，使材料具有高的抗磨損能力，鋁、氮化鈦的存在改善了材料的韌性。鋁促進了燒結，降低了燒結溫度。本發明的金屬陶瓷主要用于腐蝕條件下的耐磨和抗沖擊構件，在民用機電行業及軍工領域均有廣泛的應用前景。
【具體實施方式】
[0007]下面結合實施例對本發明作進一步的說明。 [0008]實施例1
采用工業純的鈦、鋁、氮化鈦、二氧化鋯粉末原料，按照質量百分比ZrO2 10%, Ti 20%, Al30%, TiN 40%配比進行混合；利用球磨機將配制好的粉料進行球磨，球磨2小時，球磨后的粉料粒度小于0.5微米；將球磨后粉末混合均勻，放置于石墨模具中；在真空熱壓燒結系統中進行燒結，真空度為10_2Pa，升溫溫度為200°C以前以10°C /min的升溫速率升溫，200°C以后以50°C /min升至燒結溫度為1300°C，保溫2小時，壓力30Mpa ;進行燒后熱處理，加熱到800 C，保溫2小時，保溫后快速冷卻。
[0009]實施例2
采用工業純的鈦、鋁、氮化鈦、二氧化鋯粉末原料，按照質量百分比ZrO2 20%, Ti 25%，Al20%, TiN 35%配比進行混合；利用球磨機將配制好的粉料進行球磨，球磨3小時，球磨后的粉料粒度小于0.5微米；將球磨后粉末混合均勻，放置于石墨模具中；在真空熱壓燒結機中進行燒結，真空度為10_2Pa，升溫溫度為200°C以前以20°C /min的升溫速率升溫，200°C以后以60°C /min升至燒結溫度為1350°C，保溫3小時，壓力50Mpa ;進行燒后熱處理，加熱到900°C，保溫2.5小時，保溫后快速冷卻。
[0010]實施例3
采用工業純的鈦、鋁、氮化鈦、二氧化鋯粉末原料，按照質量百分比ZrO2 35%，Ti 20%, Al25%，TiN 20%配比進行混合；利用球磨機將配制好的粉料進行球磨，球磨4小時，球磨后的粉料粒度小于0.5微米；將球磨后粉末混合均勻，放置于石墨模具中；在真空熱壓燒結系統中進行燒結，真空度為10_2Pa，升溫溫度為200°C以前以30°C /min的升溫速率升溫，200°C以后以70°C /min升至燒結溫度為1400°C，保溫5小時，壓力70Mpa ;進行燒后熱處理，加熱到1000 C，保溫3小時，保溫后快速冷卻。
[0011]以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特征。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
【權利要求】
1.一種鈦、鋁、氮化鈦、二氧化鋯金屬陶瓷材料制備工藝，其特征在于，其制備步驟如下: 配料與混合:采用工業純的鈦、鋁、氮化鈦、二氧化鋯粉末原料，按照質量百分比ZrO2.10-35%, Ti 20-35%, Al 20-40%，TiN 20-45% 配比進行混合； 制粉:利用球磨機將配制好的粉料進行球磨，球磨2-4小時，球磨后的粉料粒度小于.0.5微米； 壓坯:將球磨后粉末混合均勻，放置于石墨模具中； 燒結成形:在真空熱壓燒結系統中進行燒結，真空度為10_2Pa，以10-70°C /min的升溫速率升溫至1300-1400°C，保溫2-5小時，壓力為30_70Mpa ； 燒后熱處理:加熱到800-1000°C，保溫2-3小時，保溫后快速冷卻。
【文檔編號】C22C32/00GK103540782SQ201310455261
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年9月30日 優先權日:2013年9月30日
【發明者】劉代琴 申請人:劉代琴