专利名称：原位生长碳化钽晶须增韧氧化铝基陶瓷刀具材料及其制备工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及陶瓷基复合材料及其制备工艺，尤其是一种用于制备原位生长碳化钽晶须增韧氧化铝基陶瓷刀具材料及其制备工艺，属于新材料技术领域。
背景技术：
现代陶瓷刀具材料具有硬度高、耐磨性好、化学稳定性优良以及良好的高温性能等优点，但是其固有的脆性限制了它的大规模应用。添加一定量的具有高弹性模量的晶须可以大大提高陶瓷刀具材料的断裂韧性和抗弯强度。传统制备晶须增韧陶瓷基复合材料的工艺一般采用外部添加一定量的晶须加机械搅拌混合的方法，但存在晶须价格昂贵、晶须分散不均勻、高温使用过程中晶须性能退化以及工艺复杂等缺点，并且该工艺污染环境，危害人体健康。
发明内容
本发明的目的是克服现有陶瓷刀具材料制备工艺存在的缺陷，为制备综合力学性能优良的陶瓷刀具材料提供一种，能使晶须在陶瓷基体材料中均勻生长，品质优良、工艺简单、成本低廉、安全性高的原位生长碳化钽(TaC)晶须增韧氧化铝基陶瓷刀具材料及其制备工艺，用以代替传统外加晶须增韧陶瓷刀具材料及其制备工艺。本发明的基本构思是以α-Al2O3颗粒为基体，加入晶须生长所需的前驱体材料， 采用一定的工艺并通过控制晶须生长温度、保温时间等工艺参数，原位生成具有一定质量含量的碳化钽晶须-氧化铝基体复相陶瓷粉末。经过一定的除杂工艺后，通过控制烧结温度、保温时间及压力等参数，制备出具有较高综合力学性能的碳化钽晶须增韧氧化铝基陶瓷刀具材料。制备原位生长碳化钽晶须增韧氧化铝基陶瓷刀具材料的原材料由α -Al2O3颗粒和晶须生长所需的前驱体材料组成，材料成分的质量配比为=Ta2O5 25. 4% -38. 0% ；C 4. 8% -7. 2% ；NaCl 1. 7% -2. 5% ；Ni 1. 7%-2. 5% ;A1203 49. 8%-66. 4%。具体制备工艺路线为(1)将按照比例配制的原材料装入缸式球磨机中，以无水乙醇作为球磨介质，用氧化铝球球磨Mh，球料重量比为10 1 ； (2)将球磨后的混合料放入真空干燥箱中，在100-120°C下干燥后采用100目筛筛选粉料；C3)将筛选后的粉料装入端部有盖、下方封闭、中间有多孔的石墨反应容器中，并将此反应容器放入高温烧结炉内进行原位生长晶须培养；(4)在升温速率为100°C /min、氩气气氛保护、温度为1350-1500°C下保温50-80min并以20°C /min的冷却速率冷却至室温条件下合成含有碳化钽晶须与氧化铝基体的复相粉末；( 采用超声搅拌加去离子水沉淀法去除复相粉末中残留的氯化钠和碳黑等杂质；(6)将除杂后的复相粉末在真空氛围中、在1600-1800°C温度下加压至32MI^后保温15-45min烧结成型。本发明工艺原位生长的碳化钽晶须(包含有少量的碳化钽颗粒)在氧化铝基陶瓷刀具材料中的质量含量为25% -40%。合成后的原位生长碳化钽晶须增韧氧化铝基陶瓷刀具材料的抗弯强度为485-638MPa，断裂韧性为5. 82-6. 47MPa · mV2，维氏硬度为 17. 0-17. 4GPa。本发明构思新颖，通过碳化钽晶须原位生长和复相粉末烧结两步工艺制备具有较高综合力学性能的原位生长碳化钽晶须增韧氧化铝基陶瓷刀具材料。该工艺具有晶须分散均勻、工艺简单，合成材料质量优良、成本低廉及环保、安全等优点。
四、实施例按实施例参数附表中所列的组成成份配制成原材料，装入缸式球磨机中，以无水乙醇为球磨介质，用氧化铝球球磨Mh，球料重量比为10 1 ；在100-120°C下干燥后用100 目筛过筛；装入端部有盖、下方封闭、中间有多孔的石墨反应容器中，再将石墨反应容器放入高温烧结炉中；升温速率为100°C /min、氩气气氛保护，按实施例参数附表中的参数进行晶须培养并以20°C /min的冷却速率冷却至室温条件下合成含有碳化钽晶须与氧化铝基体的复相粉末，再经超声搅拌加去离子水沉淀法去除残留的氯化钠和碳黑等杂质后，将复相粉末在真空氛围中、按实施例参数附表中的参数烧结成型。实施例参数附表
权利要求
1.原位生长碳化钽晶须增韧氧化铝基陶瓷刀具材料的制备工艺，其特征在于前驱体材料成分质量配比为 Wt% :Ta205 25. 4% -38. 0% ；C 4. 8% -7. 2% ；NaCl 1. 7% -2. 5% ；Ni 1. 7% -2. 5% ；Al2O3 49. 8% -66. 4%。
2.制备权利要求1所述的原位生长碳化钽晶须增韧氧化铝基陶瓷刀具材料的制备工艺，其特征在于(1)将按照比例配制的原材料装入缸式球磨机中，以无水乙醇作为球磨介质，用氧化铝球球磨Mh，球料重量比为10 1 ;(幻将球磨后的混合料放入真空干燥箱中， 在100-120°C下干燥后采用100目筛筛选粉料；C3)将筛选后的粉料装入端部有盖、下方封闭、中间有多孔的石墨反应容器中，并将此反应容器放入高温烧结炉内进行原位生长晶须培养；(4)在升温速率为100°C /min、氩气气氛保护、温度为1350-1500°C下保温50-80min 并以20°C /min的冷却速率冷却至室温条件下合成含有碳化钽晶须与氧化铝基体的复相粉末；( 采用超声搅拌加去离子水沉淀法去除复相粉末中残留的氯化钠和碳黑杂质；(6)将除杂后的复相粉末在真空氛围中、在1600-1800°C温度下加压至32ΜΙ^后保温15-45min烧结成型。
全文摘要
本发明涉及陶瓷基复合材料及其制备工艺，尤其是一种用于制备原位生长碳化钽晶须增韧氧化铝基陶瓷刀具材料及其制备工艺。材料成分质量比为％Ta2O5 25.4％-38.0％；C 4.8％-7.2％；NaCl 1.7％-2.5％；Ni 1.7％-2.5％；Al2O3 49.8％-66.4％。制备工艺为将按比例配制的原材料装入缸式球磨机中，用氧化铝球湿磨24h；混合料在100-120℃下真空干燥后用100目过筛；将粉料装入端部有盖、下方封闭、中间有多孔的石墨容器中，在高温炉内进行原位生长晶须培养；在升温速率为100℃/min、氩气气氛保护、温度为1350-1500℃下保温50-80min并以20℃/min的速率冷却至室温合成复相粉末；去除残留杂质，在真空氛围和1600-1800℃温度下加压至32MPa保温15-45min烧结成型。本发明用两步工艺制备的陶瓷刀具材料，晶须分散均匀、工艺简单、材料的综合力学性能优良，成本低廉、环保、安全。
文档编号C04B35/10GK102491775SQ20111040114
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月6日 优先权日2011年12月6日
发明者刘含莲, 刘战强, 崇学文, 徐亮, 朱洪涛, 赵国龙, 邹斌, 黄传真 申请人:山东大学