一種金屬陶瓷材料及制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種金屬陶瓷材料及制備方法，其主要由以下組分材料組成：碳化鎢：8?20份，碳化鋯：1?3份，氮化鈦：8?20份，碳化鈦：20?60份，碳化鉬：8?20份，氧化鋁：1?2份，氮化硅：3?5份，氮化硼：0.1?0.5份，碳：1?2份，鎳：5?15份，鈷：3?8份，鉻：4?8份，氧化鑭：0.5?2份，氧化釹：0.1?1份，氧化鈰：0.1?1份，氧化鐠：0.1?1份，通過粉體制備、坯料制備、預成型、真空燒結、后處理等，合理控制工藝參數，最終得到刀具材料，本發明操作簡便，產品具有化學穩定性、韌性好、且能抗長時間高溫高壓變形度小等優點。
【專利說明】
一種金屬陶瓷材料及制備方法
技術領域
[0001 ]本發明涉及陶瓷材料領域，具體涉及一種金屬陶瓷材料及制備方法。
【背景技術】
[0002]目前主要刀具材料是高速鋼和硬質合金，傳統熔融高速鋼刀具高溫硬度也較好，但是其抗彎強度、韌性較低，傳統的硬質合金刀具價格較高，其對主要成分鎢資源需求量較大，發展存在一定的局限性，金屬陶瓷的性能介于陶瓷和碳化鎢系列硬質合金之間，硬度比硬質合金刀具高，抗氧化性能好，并且斷裂韌性和抗彎強度比非金屬陶瓷刀具高，它既保持了陶瓷的高強度、高硬度等特性，又具有較好的金屬韌性和可塑性等，但陶瓷刀具的抗彎強度、熱導率、韌性等很低，在溫差大或有較大沖擊載荷時，刀具容易失效。
[0003]Ti(C，N)基金屬陶瓷是一種新型金屬陶瓷材料，具有密度低、能切削難熔金屬等優點，近幾年得到了很大的發展，Ti(C，N)基金屬陶瓷用做刀具材料適合于鑄鐵、普通鋼、高硬度鋼的高速切削和干式切削，使用性能優于硬質合金和涂層硬質合金刀具，但隨著切割效率、切割精度、切割時間的要求不斷提高，現有的產品已經不能滿足硬度、耐磨性、紅硬性，特別是陶瓷刀具對抗彎強度、熱導率、韌性等多種性能的要求。
[0004]霧化法是一種典型的物理制粉的方法，通過高壓霧化介質，通過氣體或水強烈沖擊液流，或通過離心使之破碎、冷卻凝固來實現粉末制備。
[0005]粉末真空燒結是在低于大氣壓力條件下進行的粉末燒結，真空燒結的主要優點是:減少了氣氛中有害成分(水、氧、氮)對產品的不良影響，改善液相對固相的潤濕性，有利于收縮和改善合金的組織，有助于硅、鋁、鎂、鈣等雜質或其氧化物的排除，起到凈化材料的作用，促進燒結后期的收縮有明顯作用。
【發明內容】
[0006]本發明提供了一種金屬陶瓷材料及制備方法，金屬陶瓷材料主要成分由以下材料組成:碳化鎢:8-20份，碳化鋯:1-3份，氮化鈦:8-20份，碳化鈦:20-60份，碳化鉬:8_20份，氧化鋁:1-2份，氮化硅:3-5份，氮化硼:0.1-0.5份，碳:1-2份，鎳:5-15份，鈷:3_8份，鉻:4_8份，氧化鑭:0.5-2份，氧化欽:0.1-1份，氧化鋪:0.1-1份，氧化鐠:0.1-1份。
[0007]—種金屬陶瓷材料及制備方法的主要制備步驟為粉體制備、坯料制備、預成型、真空燒結、后處理等，具體步驟如下:
(1)根據組分要求，按照比例利用高精度天平稱取上述組分，在烘箱中進行烘干處理，所述上述組分粒度為3-5微米，純度為99%以上；
(2)采用霧化法進行混合粉體制備，在真空熔煉爐中將干燥的各組分元素熔化后經過霧化成型成混合體粉末，并進行分級和干燥處理，所述分級采用標準篩網進行篩分；
(3)在組分粉末中加入一定量的塑化劑，制成粒度較粗且具有一定假顆粒度級配，流動性好的團粒，所述團粒粒徑約150-750微米；
(4)將團粒置入真空燒結系統，通入惰性氣體進行初步模壓成型，然后在300-600攝氏度條件下進行處理；
(5)最后將初步模壓成型的產品進行燒結處理，燒結的溫度為1350-1550攝氏度，燒結保溫時間為1-5小時。
[0008]本發明的有益之處在于:
(1)、采用霧化法物理制粉，通過高壓霧化介質，通過氣體強烈沖擊液流冷卻凝固來實現粉末制備，具有含雜率低，為后續產品質量提供有力保障；
(2)、制品表面光潔度好、尺寸精密，可制取多種復合材料且組織均勻無沙眼、縮孔等，工藝能耗消耗小，較為經濟；
(3)、在燒結初期通入惰性氣體，保證真空燒結過程的加熱速度和爐溫的均勻性，冷卻時采用循環氣體冷卻方法來提高真空燒結的冷卻速度，避免組分元素與氫、氧、氮等氣體發生反應；
(4)、合理配置組分元素，適當增加稀土氧化物元素，改善金屬陶瓷基產品性能，提升化學穩定性抗彎強度、熱導率和韌性。
【具體實施方式】
[0009]實施例1
本發明提供了一種金屬陶瓷材料及制備方法，金屬陶瓷材料主要成分由以下材料組成:碳化鎢:8份，碳化鋯:I份，氮化鈦:8份，碳化鈦:56.8份，碳化鉬:8份，氧化鋁:I份，氮化硅:3份，氮化硼:0.1份，碳:1.2份，鎳:5份，鈷:3份，絡:4份，氧化鑭:0.5份，氧化釹:0.2份，氧化鋪:0.1份，氧化鐠:0.1份。
[0010]—種金屬陶瓷材料及制備方法的主要制備步驟為粉體制備、坯料制備、預成型、真空燒結、后處理等，具體步驟如下:
(1)根據組分要求，按照比例利用高精度天平稱取上述組分，在烘箱中進行烘干處理，所述上述組分粒度為3微米，純度為99%以上；
(2)采用霧化法進行混合粉體制備，在真空熔煉爐中將干燥的各組分元素熔化后經過霧化成型成混合體粉末，并進行分級和干燥處理，所述分級采用標準篩網進行篩分；
(3)在組分粉末中加入一定量的塑化劑，制成粒度較粗且具有一定假顆粒度級配，流動性好的團粒，所述團粒粒徑為150微米；
(4)將團粒置入真空燒結系統，通入惰性氣體進行初步模壓成型，然后在300攝氏度條件下進行處理；
(5)最后將初步模壓成型的產品進行燒結處理，燒結的溫度為1350攝氏度，燒結保溫時間為3小時。
[0011]實施例2
本發明提供了一種金屬陶瓷材料及制備方法，金屬陶瓷材料主要成分由以下材料組成:碳化鎢:10份，碳化鋯:2份，氮化鈦:10份，碳化鈦:36.7份，碳化鉬:10份，氧化鋁:1.5份，氮化硅:4份，氮化硼:0.3份，碳:1.5份，鎳:10份，鈷:5份，鉻:6份，氧化鑭:1份，氧化釹:1份，氧化鋪:0.5份，氧化鐠:0.5份。
[0012]—種金屬陶瓷材料及制備方法的主要制備步驟為粉體制備、坯料制備、預成型、真空燒結、后處理等，具體步驟如下: (1)根據組分要求，按照比例利用高精度天平稱取上述組分，在烘箱中進行烘干處理，所述上述組分粒度為4微米，純度為99%以上；
(2)采用霧化法進行混合粉體制備，在真空熔煉爐中將干燥的各組分元素熔化后經過霧化成型成混合體粉末，并進行分級和干燥處理，所述分級采用標準篩網進行篩分；
(3)在組分粉末中加入一定量的塑化劑，制成粒度較粗且具有一定假顆粒度級配，流動性好的團粒，所述團粒粒徑為500微米；
(4)將團粒置入真空燒結系統，通入惰性氣體進行初步模壓成型，然后在500攝氏度條件下進行處理；
(5)最后將初步模壓成型的產品進行燒結處理，燒結的溫度為1450攝氏度，燒結保溫時間為5小時。
[0013]實施例3
本發明提供了一種金屬陶瓷材料及制備方法，金屬陶瓷材料主要成分由以下材料組成:碳化鎢:8份，碳化鋯:I份，氮化鈦:8份，碳化鈦:49.3份，碳化鉬:8份，氧化鋁:I份，氮化硅:5份，氮化硼:0.5份，碳:2份，鎳:6份，鈷:4份，鉻:5份，氧化鑭:1份，氧化釹:0.6份，氧化鈰:0.3份，氧化鐠:0.3份。
[0014]—種金屬陶瓷材料及制備方法的主要制備步驟為粉體制備、坯料制備、預成型、真空燒結、后處理等，具體步驟如下:
(1)根據組分要求，按照比例利用高精度天平稱取上述組分，在烘箱中進行烘干處理，所述上述組分粒度為5微米，純度為99%以上；
(2)采用霧化法進行混合粉體制備，在真空熔煉爐中將干燥的各組分元素熔化后經過霧化成型成混合體粉末，并進行分級和干燥處理，所述分級采用標準篩網進行篩分；
(3)在組分粉末中加入一定量的塑化劑，制成粒度較粗且具有一定假顆粒度級配，流動性好的團粒，所述團粒粒徑為700微米；
(4)將團粒置入真空燒結系統，通入惰性氣體進行初步模壓成型，然后在600攝氏度條件下進行處理；
(5)最后將初步模壓成型的產品進行燒結處理，燒結的溫度為1530攝氏度，燒結保溫時間為5小時。
【主權項】
1.一種金屬陶瓷材料及制備方法，其特征在于，主要成分由以下材料組成:碳化鎢:8-20份，碳化錯:1-3份，氮化欽:8-20份，碳化欽:20-60份，碳化鉬:8_20份，氧化招:1-2份，氮化娃:3_5份，氣化棚:0.1-0.5份，碳:1-2份，銀:5_15份，鉆:3_8份，絡:4_8份，氧化銅:0.5_2份，氧化釹:0.1-1份，氧化鈰:0.1-1份，氧化鐠:0.1-1份。2.根據權利要求1所述，一種金屬陶瓷材料及制備方法，其特征在于，主要制備步驟為粉體制備、坯料制備、預成型、真空燒結、后處理等，具體步驟如下: (1)根據組分要求，按照比例利用高精度天平稱取上述組分，在烘箱中進行烘干處理，所述上述組分粒度為3-5微米，純度為99%以上； (2)采用霧化法進行混合粉體制備，在真空熔煉爐中將干燥的各組分元素熔化后經過霧化成型成混合體粉末，并進行分級和干燥處理，所述分級采用標準篩網進行篩分； (3)在組分粉末中加入一定量的塑化劑，制成粒度較粗且具有一定假顆粒度級配，流動性好的團粒，所述團粒粒徑約150-750微米； (4)將團粒置入真空燒結系統，通入惰性氣體進行初步模壓成型，然后在300-600攝氏度條件下進行處理； (5)最后將初步模壓成型的產品進行燒結處理，燒結的溫度為1350-1550攝氏度，燒結保溫時間為1-5小時。
【文檔編號】C22C1/05GK105986161SQ201610385206
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年6月3日
【發明人】程敘毅
【申請人】蕪湖三刀材料科技有限公司