一种钛、铝、氮化钛、二氧化锆金属陶瓷材料制备工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种钛、铝、氮化钛、二氧化锆金属陶瓷材料制备工艺，属于金属陶瓷材料领域。其制备步骤如下：配料与混合：采用工业纯的钛、铝、氮化钛、二氧化锆粉末原料，按照质量百分比ZrO210-35%，Ti20-35%，Al20-40%，TiN20-45%配比进行混合；制粉：利用球磨系统将配制好的粉料进行球磨，球磨后的粉料粒度小于0.5微米；压坯：将球磨后粉末混合均匀，放置于石墨模具中；烧结成形：在真空热压烧结系统中进行烧结；最后将烧结体进行热处理获得成品。使用本发明制得的金属陶瓷硬度和耐磨性得到显著提高，具有高的抗磨损能力、韧性和机械加工性，在民用机电行业及军工领域均有广泛的应用前景。
【专利说明】一种钛、铝、氮化钛、二氧化锆金属陶瓷材料制备工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及金属陶瓷材料领域，具体涉及一种钛、铝、氮化钛、二氧化锆金属陶瓷材料制备工艺。
【背景技术】
[0002]二氧化锆陶瓷具有高强度、高硬度、耐高温、耐酸碱的特点，同时具有良好的导电性能，其在高温结构材料、耐腐蚀以及电气材料中有着广泛的应用前景。但是二氧化锆陶瓷还存在着韧性较差，受冲击时易于破碎，不能像金属材料一样具有良好的机械加工性，以及抗热震性和高温塑性能力较低。采用增韧技术的二氧化锆，韧性虽然有所提高，但与金属材料相比，其韧性指标还相差较远，不能满足现代工艺的要求。美国专利20030167969公开了一种多元氧化物陶瓷与金属组合陶瓷，既能有金属组分的良好韧性，有具有陶瓷材料的高硬度和高耐磨性，但多元氧化物各自对烧结温度要求不同，给烧结工艺带来困难。中国专利92114875.5公开了一种自蔓延烧结的金属陶瓷，但采用自蔓延烧结的工艺技术有待于提高。铝与氮化钛合金陶瓷既具有陶瓷的耐高温抗氧化、耐腐蚀的性能，又具有金属一样的机械科加工性、抗热 震性、高温塑性、导电性等优点，但是铝与氮化钛合金存在硬度较低、耐酸碱性较差、力学性能较差的缺点。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是为了克服二氧化锆陶瓷冲击韧度低的缺点，机械加工性、抗热震性和高温塑性能力较低的缺点，以及铝与氮化钛合金的硬度较低、耐酸碱性较差、力学性能较差的缺点，本发明提供了一种钛、铝、氮化钛、二氧化锆金属陶瓷材料制备工艺。
[0004]本发明解决其技术问题采用的技术方案如下:一种钛、铝、氮化钛、二氧化锆金属陶瓷材料制备工艺，其步骤如下:
1)配料与混合:采用工业纯的钛、铝、氮化钛、二氧化锆粉末原料，按照质量百分比ZrO210-35%, Ti 20-35%, Al 20-40%，TiN 20-45% 配比进行混合；
2)制粉:利用球磨机将配制好的粉料进行球磨，球磨2-4小时，球磨后的粉料粒度小于0.5微米；
3)压坯:将球磨后粉末混合均匀，放置于石墨模具中；
4)烧结成形:在真空热压烧结系统中进行烧结，真空度为10_2Pa，以10-70°C/min的升温速率升温至1300-1400°C，保温2-5小时，压力为30_70Mpa ；
5)烧后热处理:加热到800-1000°C，保温2-3小时，保温后快速冷却。
[0005]本发明利用钛、铝、氮化钛、二氧化锆元素在烧结中的相互反应，形成钛、铝、氮化钛的化合物和固溶体，可以获得高于一般金属材料的硬度，而脆性远低于陶瓷材料。本发明利用二氧化锆有两种变体，在1000°c时由单斜晶系转变为四方晶系，此晶系转变为可逆转变，冷却过程中，晶系转变伴有体积膨胀，可提高材料的致密度，对内部裂纹产生压应力，阻碍裂纹的扩展，提高材料的韧性。更重要的是二氧化锆的热膨胀系数与铝、氮化钛合金相近，将二氧化锆与铝、氮化钛合金结合，将二者的特性相结合，相互取长补短，获得兼具二者优点的复合材料。
[0006]采用上述技术方案的有益效果是:钛、铝、氮化钛、二氧化锆金属陶瓷材料的硬度和耐磨性高于铝、氮化钛合金，冲击韧度和机械加工性高于二氧化锆陶瓷，通过热处理后，其中金属相中固溶体的硬度和耐磨性得到提高，二氧化锆相的分布较为均匀，使材料具有高的抗磨损能力，铝、氮化钛的存在改善了材料的韧性。铝促进了烧结，降低了烧结温度。本发明的金属陶瓷主要用于腐蚀条件下的耐磨和抗冲击构件，在民用机电行业及军工领域均有广泛的应用前景。
【具体实施方式】
[0007]下面结合实施例对本发明作进一步的说明。 [0008]实施例1
采用工业纯的钛、铝、氮化钛、二氧化锆粉末原料，按照质量百分比ZrO2 10%, Ti 20%, Al30%, TiN 40%配比进行混合；利用球磨机将配制好的粉料进行球磨，球磨2小时，球磨后的粉料粒度小于0.5微米；将球磨后粉末混合均匀，放置于石墨模具中；在真空热压烧结系统中进行烧结，真空度为10_2Pa，升温温度为200°C以前以10°C /min的升温速率升温，200°C以后以50°C /min升至烧结温度为1300°C，保温2小时，压力30Mpa ;进行烧后热处理，加热到800 C，保温2小时，保温后快速冷却。
[0009]实施例2
采用工业纯的钛、铝、氮化钛、二氧化锆粉末原料，按照质量百分比ZrO2 20%, Ti 25%，Al20%, TiN 35%配比进行混合；利用球磨机将配制好的粉料进行球磨，球磨3小时，球磨后的粉料粒度小于0.5微米；将球磨后粉末混合均匀，放置于石墨模具中；在真空热压烧结机中进行烧结，真空度为10_2Pa，升温温度为200°C以前以20°C /min的升温速率升温，200°C以后以60°C /min升至烧结温度为1350°C，保温3小时，压力50Mpa ;进行烧后热处理，加热到900°C，保温2.5小时，保温后快速冷却。
[0010]实施例3
采用工业纯的钛、铝、氮化钛、二氧化锆粉末原料，按照质量百分比ZrO2 35%，Ti 20%, Al25%，TiN 20%配比进行混合；利用球磨机将配制好的粉料进行球磨，球磨4小时，球磨后的粉料粒度小于0.5微米；将球磨后粉末混合均匀，放置于石墨模具中；在真空热压烧结系统中进行烧结，真空度为10_2Pa，升温温度为200°C以前以30°C /min的升温速率升温，200°C以后以70°C /min升至烧结温度为1400°C，保温5小时，压力70Mpa ;进行烧后热处理，加热到1000 C，保温3小时，保温后快速冷却。
[0011]以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【权利要求】
1.一种钛、铝、氮化钛、二氧化锆金属陶瓷材料制备工艺，其特征在于，其制备步骤如下: 配料与混合:采用工业纯的钛、铝、氮化钛、二氧化锆粉末原料，按照质量百分比ZrO2.10-35%, Ti 20-35%, Al 20-40%，TiN 20-45% 配比进行混合； 制粉:利用球磨机将配制好的粉料进行球磨，球磨2-4小时，球磨后的粉料粒度小于.0.5微米； 压坯:将球磨后粉末混合均匀，放置于石墨模具中； 烧结成形:在真空热压烧结系统中进行烧结，真空度为10_2Pa，以10-70°C /min的升温速率升温至1300-1400°C，保温2-5小时，压力为30_70Mpa ； 烧后热处理:加热到800-1000°C，保温2-3小时，保温后快速冷却。
【文档编号】C22C32/00GK103540782SQ201310455261
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年9月30日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】刘代琴 申请人:刘代琴