一种改性金属陶瓷材料及其制备方法

摘要

本发明提出了一种改性金属陶瓷材料制备方法，所述改性金属陶瓷材料由以下质量份数组成：二氧化钛25‑40份、氧化锆25‑35份、碳黑30‑50份、硼化钛20‑25份、氧化钼8‑12份、氨基粘土14‑20份、蛇纹石6‑12份、金红石10‑16份、稀土氧化物7‑15份、聚丙烯酸钠4‑9份，本发明制备的改性金属陶瓷材料具有优良的韧性和硬度，抗弯强度为1250‑1380MPa，断裂韧性为9.6‑13.5MPa·m1/2，冲击韧性为15.6‑19.2J/cm2，抗压强度为290‑345MPa。

权利要求

1.一种改性金属陶瓷材料的制备方法，其特征在于，

1)按重量份称取改性金属陶瓷材料原料，将金红石、蛇纹石研磨共混，过800目筛得混料一；

2)将二氧化钛、氧化锆、氧化钼、碳黑加入球磨机中，球磨6-8h，再加入硼化钛、混料一、聚丙烯酸钠，球磨12-15h，最后将氨基粘土、稀土氧化物加入其中球磨5-6h，得到粒径为

0.5-0.6μm混料二；

3)将混料二在350-450℃保温2.5-3h，然后送入烧结压力为32-35MPa的高温热压炉中烧结，先第一阶段以11℃/min的升温速度升温至1150-1250℃，保温1.8-2h，然后第二阶段以12.5℃/min的升温速度升温至1580-1620℃，保温1.5-2h，冷却至室温即为金属陶瓷材料，其中，所述改性金属陶瓷材料由以下质量份数组成：二氧化钛25-40份、氧化锆25-35份、碳黑30-50份、硼化钛20-25份、氧化钼8-12份、氨基粘土14-20份、蛇纹石6-12份、金红石10-

16份、稀土氧化物7-15份、聚丙烯酸钠4-9份。

说明书

一种改性金属陶瓷材料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及金属陶瓷材料技术领域，具体涉及一种改性金属陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

[0002] 传统的陶瓷材料具有较高强度，但抗冲击性和韧性较差，在碰撞过程中很容易破碎，而传统的金属合金材料虽然具有良好的柔韧性，但强度不够，与硬度较大的材料摩擦时，极易磨损，消耗大。金属陶瓷,是一种由金属或合金同一种或几种陶瓷相所组成的非均质的复合材料,其中后者约占15％～85％(体积),同时在制备的温度下,金属和陶瓷相之间的溶解度相当小。它既保持有陶瓷的高强度、高硬度、耐磨损、耐高温、抗氧化和化学稳定性等特性,又有较好的金属韧性和可塑性,用途极其广泛,几乎涉及到国民经济的各个部门和现代技术的各个领域,是一类非常重要的工具材料和结构材料，对工业的发展和生产率的提高起着重要的推动作用,因此，研制出高强度、高韧性的金属陶瓷已成为材料研究领域中一个亟待解决的热点问题。

发明内容

[0003] 针对上述存在的问题，本发明提出了一种具有优良韧性和硬度的改性金属陶瓷材料及其制备方法。

[0004] 为了实现上述的目的，本发明采用以下的技术方案：

[0005] 一种改性金属陶瓷材料由以下质量份数组成：二氧化钛25-40份、氧化锆25-35份、碳黑30-50份、硼化钛20-25份、氧化钼8-12份、氨基粘土14-20份、蛇纹石6-12份、金红石10-16份、稀土氧化物7-15份、聚丙烯酸钠4-9份。

[0006] 优选的，改性金属陶瓷材料由以下质量份数组成：二氧化钛30-40份、氧化锆28-35份、碳黑40-50份、硼化钛22-25份、氧化钼10-12份、氨基粘土15-20份、蛇纹石10-12份、金红石14-16份、稀土氧化物10-15份、聚丙烯酸钠6-9份。

[0007] 优选的，稀土氧化物包括氧化铈、氧化钇、氧化钽、氧化铌。

[0008] 优选的，改性金属陶瓷材料的制备方法，制备步骤如下：

[0009] 1)按重量份称取原料，将金红石、蛇纹石研磨共混，过800目筛得混料一；

[0010] 2)将二氧化钛、氧化锆、氧化钼、碳黑加入球磨机中，球磨6-8h，再加入硼化钛、混料一、聚丙烯酸钠，球磨12-15h，最后将氨基粘土、稀土氧化物加入其中球磨5-6h，得混料二；

[0011] 3)将混料二在350-450℃保温2.5-3h，然后送入高温热压炉中烧结，先第一阶段升温至1150-1250℃，保温1.8-2h，然后第二阶段升温至1580-1620℃，保温1.5-2h，冷却至室温即为金属陶瓷材料。

[0012] 优选的，步骤2)中混料二的粒径为0.5-0.6μm。

[0013] 优选的，步骤3)中烧结压力为32-35MPa。

[0014] 优选的，步骤3)中第一阶段升温速度为11℃/min，第二阶段升温速度为12.5℃/min。

[0015] 优选的，步骤3)中第一阶段、第二阶段处于氮气氛围。

[0016] 由于采用上述的技术方案，本发明的有益效果是：本发明主要为碳氮化物基陶瓷材料，添加了硼系陶瓷材料和粘合相，配合稀土氧化物和表面活性剂改性，显著提高了制备的改性金属陶瓷材料的强度和韧性，制得的改性金属陶瓷材料抗弯强度为1250-1380MPa，断裂韧性为9.6-13.5MPa·m1/2，冲击韧性为15.6-19.2J/cm2，抗压强度为290-345MPa，实用性更强，适用范围广。

具体实施方式

[0017] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0018] 实施例1：

[0019] 一种改性金属陶瓷材料由以下质量份数组成：二氧化钛28份、氧化锆26份、碳黑35份、硼化钛24份、氧化钼10份、氨基粘土15份、蛇纹石10份、金红石10份、稀土氧化物10份、聚丙烯酸钠4份。

[0020] 改性金属陶瓷材料的制备方法，制备步骤如下：

[0021] 1)按重量份称取原料，将金红石、蛇纹石研磨共混，过800目筛得混料一；

[0022] 2)将二氧化钛、氧化锆、氧化钼、碳黑加入球磨机中，球磨6.2h，再加入硼化钛、混料一、聚丙烯酸钠，球磨14h，最后将氨基粘土、稀土氧化物加入其中球磨5.8h，得粒径为0.55μm的混料二；

[0023] 3)将混料二在350℃保温2.8h，然后送入高温热压炉中烧结，烧结压力为33MPa，先第一阶段升温至1180℃，保温1.9h，然后第二阶段升温至1590℃，保温1.8h，冷却至室温即为金属陶瓷材料。

[0024] 实施例2：

[0025] 一种改性金属陶瓷材料由以下质量份数组成：二氧化钛33份、氧化锆32份、碳黑42份、硼化钛22份、氧化钼12份、氨基粘土16份、蛇纹石11份、金红石14份、稀土氧化物12份、聚丙烯酸钠6份。

[0026] 改性金属陶瓷材料的制备方法，制备步骤如下：

[0027] 1)按重量份称取原料，将金红石、蛇纹石研磨共混，过800目筛得混料一；

[0028] 2)将二氧化钛、氧化锆、氧化钼、碳黑加入球磨机中，球磨6.8h，再加入硼化钛、混料一、聚丙烯酸钠，球磨12.5h，最后将氨基粘土、稀土氧化物加入其中球磨5.4h，得粒径为0.6μm的混料二；

[0029] 3)将混料二在420℃保温2.7h，然后送入高温热压炉中烧结，烧结压力为32MPa，先第一阶段升温至1200℃，保温1.8h，然后第二阶段升温至1600℃，保温2h，冷却至室温即为金属陶瓷材料。

[0030] 实施例3：

[0031] 一种改性金属陶瓷材料由以下质量份数组成：二氧化钛36份、氧化锆35份、碳黑45份、硼化钛23份、氧化钼9份、氨基粘土20份、蛇纹石12份、金红石15份、稀土氧化物14份、聚丙烯酸钠8份。

[0032] 改性金属陶瓷材料的制备方法，制备步骤如下：

[0033] 1)按重量份称取原料，将金红石、蛇纹石研磨共混，过800目筛得混料一；

[0034] 2)将二氧化钛、氧化锆、氧化钼、碳黑加入球磨机中，球磨7.5h，再加入硼化钛、混料一、聚丙烯酸钠，球磨13h，最后将氨基粘土、稀土氧化物加入其中球磨5.5h，得粒径为0.58μm的混料二；

[0035] 3)将混料二在430℃保温2.5h，然后送入高温热压炉中烧结，烧结压力为32.5MPa，先第一阶段升温至1220℃，保温1.8h，然后第二阶段升温至1610℃，保温1.8h，冷却至室温即为金属陶瓷材料。

[0036] 实施例4：

[0037] 一种改性金属陶瓷材料由以下质量份数组成：二氧化钛30份、氧化锆30份、碳黑48份、硼化钛25份、氧化钼8份、氨基粘土18份、蛇纹石8份、金红石16份、稀土氧化物7份、聚丙烯酸钠7份。

[0038] 改性金属陶瓷材料的制备方法，制备步骤如下：

[0039] 1)按重量份称取原料，将金红石、蛇纹石研磨共混，过800目筛得混料一；

[0040] 2)将二氧化钛、氧化锆、氧化钼、碳黑加入球磨机中，球磨6h，再加入硼化钛、混料一、聚丙烯酸钠，球磨15h，最后将氨基粘土、稀土氧化物加入其中球磨5h，得粒径为0.52μm的混料二；

[0041] 3)将混料二在400℃保温3h，然后送入高温热压炉中烧结，烧结压力为34MPa，先第一阶段升温至1250℃，保温2h，然后第二阶段升温至1620℃，保温1.6h，冷却至室温即为金属陶瓷材料。

[0042] 实施例5：

[0043] 一种改性金属陶瓷材料由以下质量份数组成：二氧化钛25份、氧化锆28份、碳黑50份、硼化钛20份、氧化钼11份、氨基粘土14份、蛇纹石6份、金红石12份、稀土氧化物9份、聚丙烯酸钠5份。

[0044] 改性金属陶瓷材料的制备方法，制备步骤如下：

[0045] 1)按重量份称取原料，将金红石、蛇纹石研磨共混，过800目筛得混料一；

[0046] 2)将二氧化钛、氧化锆、氧化钼、碳黑加入球磨机中，球磨7h，再加入硼化钛、混料一、聚丙烯酸钠，球磨14.8h，最后将氨基粘土、稀土氧化物加入其中球磨5.2h，得粒径为0.5μm的混料二；

[0047] 3)将混料二在380℃保温2.6h，然后送入高温热压炉中烧结，烧结压力为35MPa，先第一阶段升温至1150℃，保温2h，然后第二阶段升温至1600℃，保温1.7h，冷却至室温即为金属陶瓷材料。

[0048] 实施例6：

[0049] 一种改性金属陶瓷材料由以下质量份数组成：二氧化钛40份、氧化锆25份、碳黑30份、硼化钛23份、氧化钼10份、氨基粘土17份、蛇纹石7份、金红石13份、稀土氧化物11份、聚丙烯酸钠9份。

[0050] 改性金属陶瓷材料的制备方法，制备步骤如下：

[0051] 1)按重量份称取原料，将金红石、蛇纹石研磨共混，过800目筛得混料一；

[0052] 2)将二氧化钛、氧化锆、氧化钼、碳黑加入球磨机中，球磨8h，再加入硼化钛、混料一、聚丙烯酸钠，球磨13.6h，最后将氨基粘土、稀土氧化物加入其中球磨6h，得粒径为0.57μm的混料二；

[0053] 3)将混料二在350℃保温2.8h，然后送入高温热压炉中烧结，烧结压力为34.5MPa，先第一阶段升温至1230℃，保温1.9h，然后第二阶段升温至1580℃，保温1.5h，冷却至室温即为金属陶瓷材料。

[0054] 实施例7：

[0055] 一种改性金属陶瓷材料由以下质量份数组成：二氧化钛38份、氧化锆34份、碳黑40份、硼化钛25份、氧化钼12份、氨基粘土19份、蛇纹石9份、金红石14份、稀土氧化物15份、聚丙烯酸钠7份。

[0056] 改性金属陶瓷材料的制备方法，制备步骤如下：

[0057] 1)按重量份称取原料，将金红石、蛇纹石研磨共混，过800目筛得混料一；

[0058] 2)将二氧化钛、氧化锆、氧化钼、碳黑加入球磨机中，球磨7.7h，再加入硼化钛、混料一、聚丙烯酸钠，球磨12h，最后将氨基粘土、稀土氧化物加入其中球磨5.7h，得粒径为0.54μm的混料二；

[0059] 3)将混料二在450℃保温2.9h，然后送入高温热压炉中烧结，烧结压力为35MPa，先第一阶段升温至1160℃，保温2h，然后第二阶段升温至1620℃，保温1.9h，冷却至室温即为金属陶瓷材料。

[0060] 将本发明实施例制备的改性金属陶瓷材料作为实验组与三组市售的金属陶瓷材料作为对照组进行性能测试，数据(平均值)对比如下：

[0061]

[0062] 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。