專利名稱：一種TiB的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種TiB2基金屬陶瓷復(fù)合材料及制造方法，特別是一種具有密度小、耐高溫、耐磨損、耐腐蝕、低變形、高抗熱沖擊性和耐沖刷的TiB2基金屬陶瓷復(fù)合材料和制取方法。
背景技術(shù)：
由于TiB2陶瓷具有某些獨(dú)特的物理化學(xué)性能，例如高溫硬度極高、密度和電阻率低、彈性模量高、熱傳導(dǎo)性好、與金屬的粘著性和摩擦系數(shù)低、抗氧化性高、化學(xué)穩(wěn)定性好等，因而被認(rèn)為是制造新一代金屬陶瓷的很有發(fā)展前途的硬質(zhì)相?，F(xiàn)有的TiB2基金屬陶瓷復(fù)合材料中用來粘結(jié)硼化物的主要金屬有Fe、Ni、Co、Cr、Mo或者它們的合金。但是幾乎所有的作為金屬陶瓷粘結(jié)相的金屬與TiB2都發(fā)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)而導(dǎo)致金屬陶瓷變脆；另外由于自擴(kuò)散系數(shù)低，使得TiB2的可燒結(jié)性受到很大影響，因而TiB2基金屬陶瓷的研究進(jìn)展緩慢。目前在TiB2基金屬陶瓷中，研究較多的是TiB2-Fe、TiB2-FeMo、TiB2-Fe-Cr-Ni等金屬陶瓷，但由于這類材料強(qiáng)度較低、脆性較大，不適于在熱沖擊載荷下使用。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種具有高強(qiáng)度、高導(dǎo)電率、耐高溫和抗熱沖擊的TiB2基金屬陶瓷復(fù)合材料及其制備方法。本發(fā)明的TiB2基金屬陶瓷復(fù)合材料由以下重量百分比的成份組成TiB230～90wt％、Cu10～70wt％和Ni0～10wt％。本發(fā)明的TiB2基金屬陶瓷復(fù)合材料由兩個組分構(gòu)成，即作為基體材料的TiB2陶瓷和作為粘結(jié)相的金屬，用純Cu或Cu-Ni合金作為TiB2基金屬陶瓷復(fù)合材料中的金屬粘結(jié)相。所述陶瓷相基體還可以是TiC、ZrC或ZrB2。所述金屬陶瓷的絕熱溫度為1800～2000K。所述Cu和Ni的總重量百分比含量小于70wt％。本發(fā)明的TiB2基金屬陶瓷復(fù)合材料的制備方法是按如下步驟進(jìn)行的(1)按以下重量百分比稱取原料Ti20.68～62.03wt％、Cu10～70wt％、Ni0～10wt％和余量的B，并將原料進(jìn)行干燥；(2)將原料進(jìn)行干混；(3)將混合料烘干后在35～45MPa的壓力下冷壓制成相對密度為55～60％的預(yù)制坯；(4)將預(yù)制坯放入反應(yīng)器中，用Ti和B4C為點(diǎn)火藥，通過引燃點(diǎn)火藥激發(fā)預(yù)制坯的自蔓延燃燒合成反應(yīng)；(5)燃燒反應(yīng)結(jié)束后迅速施加150～200MPa的壓力，一步實(shí)現(xiàn)材料致密化。在上述第(1)步驟中，Ti粉和B粉按燃燒合成反應(yīng)的摩爾比1∶2進(jìn)行配料。本發(fā)明的TiB2基金屬陶瓷復(fù)合材料的制備方法是自蔓延高溫燃燒合成法(SHS法)，該方法是利用物質(zhì)間的化學(xué)反應(yīng)放出的熱量，使合成反應(yīng)自行持續(xù)進(jìn)行直至反應(yīng)結(jié)束，從而在很短的時間內(nèi)合成出所需材料的一種新方法。在上述金屬粘結(jié)相所占重量比的范圍內(nèi)，隨著金屬粘結(jié)相所占比例的增加，TiB2基金屬陶瓷復(fù)合材料的導(dǎo)電率相應(yīng)提高，拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度也相應(yīng)提高，但是材料的軟化溫度降低。調(diào)節(jié)金屬粘結(jié)相在復(fù)合材料中所占的比例，即可做出具有不同性能的TiB2基金屬陶瓷復(fù)合材料。本發(fā)明中制備方法的優(yōu)點(diǎn)是該方法制備金屬陶瓷是將陶瓷相合成與材料復(fù)合一體化，與傳統(tǒng)的粉末冶金等其它方法相比，它有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)陶瓷粒子原位生成，避免了其它方法中外加陶瓷粒子所產(chǎn)生的污染，且粒子大小和分布較均勻；反應(yīng)溫度高、反應(yīng)速度快，因而制備的材料中粒子尺寸較小；陶瓷相在金屬相內(nèi)生成使其與被反應(yīng)熱所熔化的金屬相具有更好的粘結(jié)效果和界面結(jié)合，強(qiáng)韌性更好。另外，它的成本比傳統(tǒng)方法要降低一倍以上。正因?yàn)槿绱耍@種TiB2基金屬陶瓷復(fù)合材料才具有較高的綜合性能。本發(fā)明所提供的TiB2基金屬陶瓷復(fù)合材料可以用于繼電器或高壓開關(guān)的電觸頭、Gleeble熱模擬機(jī)的高溫壓頭、高速鐵路的電摩擦功能材料、集成電路片、電焊電極以及其他導(dǎo)電材料等。該發(fā)明是一項(xiàng)可帶來不可估量經(jīng)濟(jì)效益的技術(shù)，由于其具有設(shè)備簡單、工藝過程極為簡便、能耗低、生產(chǎn)率高、成本低等一系列優(yōu)點(diǎn)，因而具有重大的技術(shù)意義和經(jīng)濟(jì)、社會意義。該發(fā)明可推廣應(yīng)用于其他一些硼化物和碳化物基金屬陶瓷復(fù)合材料的制備與加工領(lǐng)域。
具體實(shí)施例方式
一本實(shí)施方式的TiB2基金屬陶瓷復(fù)合材料由以下重量百分比的成份組成TiB252wt％、Cu40wt％和Ni8wt％。其制造方法是(1)將原材料B粉放入干燥箱中90℃下烘干24小時，Ti粉、Cu粉和Ni粉則在干燥箱中90℃干燥2～4小時；(2)按計算好的配比稱量若干克原材料放入不銹鋼球磨罐中混合24小時；(3)混合料經(jīng)過90℃下8小時烘干后，稱量250克裝入冷壓模具中，40MPa壓力下壓制成直徑為55mm，高為35mm，相對密度為55～60％的圓柱狀預(yù)制坯；(4)將預(yù)制坯放入反應(yīng)器中；(5)通過引燃Ti和B4C的點(diǎn)火藥激發(fā)預(yù)制坯的自蔓延燃燒合成反應(yīng)；(6)燃燒反應(yīng)結(jié)束后迅速施加180MPa左右的高壓壓力，一步實(shí)現(xiàn)材料致密化。
具體實(shí)施例方式
二首先分別將原材料Ti粉、Cu粉和B粉在水循環(huán)干燥箱中90℃溫度下真空干燥24小時，按TiB2-40wt％Cu配比稱量Ti粉、Cu粉和B粉配置好混合料，在不銹鋼球磨罐中干混24小時，混合好的粉末再放入水循環(huán)干燥箱中在90℃溫度下，真空干燥8小時，然后放入鋼模中40MPa壓制成相對密度為55％～60％之間的預(yù)制坯。然后放入自蔓延高溫合成反應(yīng)器模具中，通過加熱電阻絲引燃點(diǎn)火劑，激發(fā)Ti和B的自蔓延燃燒反應(yīng)，待反應(yīng)剛結(jié)束產(chǎn)物仍處于紅熱軟化狀態(tài)時，迅速施加一個180MPa高壓壓力，并保壓5～20s，反應(yīng)產(chǎn)物取出放入砂中冷卻，冷卻后，即可得到TiB2-40wt％Cu基復(fù)合材料。
具體實(shí)施例方式
三首先分別將原材料Ti粉、Cu粉、Ni粉和B粉在水循環(huán)干燥箱中90℃溫度下真空干燥24小時，按TiB2-30wt％Cu-6wt％Ni稱量Ti粉、Cu粉、Ni粉和B粉配置好混合料，在不銹鋼球磨罐中干混24小時，混合好的粉末再放入水循環(huán)干燥箱中在90℃溫度下，真空干燥8小時，然后放入鋼模中40MPa下壓制成相對密度為55％～60％之間的預(yù)制坯。然后放入自蔓延高溫合成反應(yīng)器模具中，通過加熱電阻絲引燃點(diǎn)火劑，激發(fā)Ti和B的自蔓延燃燒反應(yīng)，待反應(yīng)剛結(jié)束產(chǎn)物仍處于紅熱軟化狀態(tài)時，迅速施加一個180MPa高壓壓力，并保壓5～20s，反應(yīng)產(chǎn)物取出放入砂中冷卻，冷卻后，即可得到TiB2-30wt％Cu-6wt％Ni基復(fù)合材料。
權(quán)利要求
1.一種TiB2基金屬陶瓷復(fù)合材料，其特征在于它由以下重量百分比的成份組成TiB230～90wt％、Cu10～70wt％和Ni0～10wt％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種TiB2基金屬陶瓷復(fù)合材料，其特征在于所述金屬陶瓷的絕熱溫度為1800～2000K。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種TiB2基金屬陶瓷復(fù)合材料，其特征在于所述Cu和Ni的總重量百分比含量小于70wt％。
4.一種TiB2基金屬陶瓷復(fù)合材料的制備方法，其特征在于它是按如下步驟進(jìn)行的(1)按以下重量百分比稱取原料Ti20.68～62.03wt％、Cu10～70wt％、Ni0～10wt％和余量的B，并將原料進(jìn)行干燥；(2)將原料進(jìn)行干混；(3)將混合料烘干后在35～45MPa的壓力下冷壓制成相對密度為55～60％的預(yù)制坯；(4)將預(yù)制坯放入反應(yīng)器中，用Ti和B4C為點(diǎn)火藥，通過引燃點(diǎn)火藥激發(fā)預(yù)制坯的自蔓延燃燒合成反應(yīng)；(5)燃燒反應(yīng)結(jié)束后迅速施加150～200MPa的壓力，一步實(shí)現(xiàn)材料致密化。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種TiB2基金屬陶瓷復(fù)合材料的制備方法，其特征在于在上述第(1)步驟中，Ti粉和B粉按燃燒合成反應(yīng)的摩爾比1∶2進(jìn)行配料。
全文摘要
一種TiB
文檔編號C04B35/65GK1528709SQ0313264
公開日2004年9月15日 申請日期2003年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月27日
發(fā)明者韓杰才, 赫曉東, 張幸紅, 曲偉, 徐強(qiáng) 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)