一種納米陶瓷材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及陶瓷材料【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種高強(qiáng)度納米復(fù)合陶瓷材料，其特征在于，按重量百分比包括以下組分：納米ZrO26~7份、亞微米Al2O335~38份、納米TiC25~28份、納米BN2.2~5份以及納米B4C3~5份，余量為納米MgO。本發(fā)明高強(qiáng)度納米復(fù)合陶瓷材料采用其納米或亞微米級材料，復(fù)合添加納米碳化鈦（TiC）、納米氮化硼（BN）和納米碳化硼（B4C）得到高強(qiáng)度納米復(fù)合陶瓷材料，將上述材料與氧化鋯和氧化鋁復(fù)合得到的陶瓷材料，即本發(fā)明的這種納米復(fù)合陶瓷材料具有高硬度、高強(qiáng)度、高斷裂韌度及耐高溫等優(yōu)良性能，適合陶瓷工藝中要求高性能的產(chǎn)品的制造加工，特別適用于制作加工高強(qiáng)度的刀具。
【專利說明】一種納米陶瓷材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及陶瓷材料【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種納米陶瓷材料及其制備方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]碳氮化鈦基金屬陶瓷(Ti (C，N))是在二十世紀(jì)70年代初發(fā)展起來的，以Ti (C，N)為主要硬質(zhì)相和以鎳、鑰為粘結(jié)相組成的，采用粉末冶金工藝制備而成的新型刀具材料。碳氮化鈦基金屬陶瓷具有較高的硬度，較好的耐磨性，理想的抗月牙洼磨損能力，優(yōu)良的抗氧化能力和化學(xué)穩(wěn)定性。
[0003]刀具在切削加工過程中，刀具的前、后刀面不斷與切屑和工件接觸，并發(fā)生劇烈摩擦，接觸區(qū)處于高溫、高壓狀態(tài)。發(fā)生在刀具上的摩擦與磨損會造成刀具損壞而失效，使切削無法進(jìn)行；發(fā)生在工件上的劇烈摩擦則會使加工表面質(zhì)量惡化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決上述技術(shù)問題。
[0005]本發(fā)明的首要目的是提供一種納米陶瓷材料，這種陶瓷材料硬度高、韌性好，并且具有良好的高溫穩(wěn)定性。
[0006]本發(fā)明的進(jìn)一步目的是提供一種高強(qiáng)度納米復(fù)合陶瓷材料的制備方法。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
提供一種納米陶瓷材料，按重量百分比包括以下組分:納米ZrO2 6~7份、亞微米Al2O335~38份、納米TiC 25~28份、納米BN 2.2飛份以及納米B4C 3飛份，余量為納米MgO。
[0008]氧化鋯(ZrO2)材料本身具有高硬度、高強(qiáng)度、高韌性、極高的耐磨性及耐化學(xué)腐蝕性等優(yōu)良的物化性能，在陶瓷、耐火材料、機(jī)械、電子、光學(xué)、光纖通信、鐘表飾品、航空航天、生物、化學(xué)等各種領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用；而氧化鋁(Al2O3)本身也具備機(jī)械強(qiáng)度高、硬度大、高頻介電損耗小、高溫絕緣電阻高、耐化學(xué)腐蝕性和導(dǎo)熱性良好等優(yōu)良綜合技術(shù)性能。氧化鋯和氧化鋁均可用在陶瓷領(lǐng)域，但是其簡單的復(fù)合組成并不能得到性能良好的陶瓷材料。
[0009]本發(fā)明氧化鋯和氧化鋁性能的基礎(chǔ)上，采用其納米或亞微米級材料，復(fù)合添加納米碳化鈦(Tie)、納米氮化硼(BN)和納米碳化硼(B4C)得到高強(qiáng)度納米復(fù)合陶瓷材料，碳化鈦具有高硬度、高熔點(diǎn)和耐磨損的性能，氮化硼耐高溫，碳化硼脆性低且耐磨，經(jīng)試驗證明，將上述材料與氧化鋯和氧化鋁復(fù)合得到的陶瓷材料，即本發(fā)明的這種納米復(fù)合陶瓷材料具有高硬度、高強(qiáng)度、高斷裂韌度及耐高溫等優(yōu)良性能，適合陶瓷工藝中要求高性能的產(chǎn)品的制造加工，特別適用于制作加工高強(qiáng)度的刀具。
[0010]優(yōu)選地，按重量百分比包括以下組分:納米ZrO2 6.5份、亞微米Al2O3 30份、納米TiC 26份、納米BN 3份以及納米B4C 4份，余量為納米MgO。
[0011]本發(fā)明還提供一種如上所述高強(qiáng)度納米復(fù)合陶瓷材料的制備方法，包括以下步驟:
S1.配料:按重量百分比進(jìn)行配料:納米ZrO2 2.5飛份、亞微米Al2O3 40~45份、納米TiC 30~40份、納米BN 0.5~4份以及納米B4C I~4份，余量為納米MgO ;
52.分散納米顆粒:將稱重后的配料配制成懸浮液，然后超聲攪拌至均勻；
53.將步驟S2的各顆粒復(fù)合，在球磨機(jī)上球磨混合均勻，經(jīng)真空干燥得到原料粉末；
54.將混合好的原料粉末裝入石墨模具中，采用熱壓燒結(jié)工藝進(jìn)行制備，得到納米復(fù)合陶瓷材料。
[0012]優(yōu)選地，步驟S4中，燒結(jié)溫度為150(Tl70(TC，保溫時間40min。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明高強(qiáng)度納米復(fù)合陶瓷材料在氧化鋯和氧化鋁本身性能的基礎(chǔ)上，采用其納米或亞微米級材料，復(fù)合添加納米碳化鈦(Tie)、納米氮化硼(BN)和納米碳化硼(B4C)得到高強(qiáng)度納米復(fù)合陶瓷材料，將上述材料與氧化鋯和氧化鋁復(fù)合得到的陶瓷材料，即本發(fā)明的這種納米復(fù)合陶瓷材料具有高硬度、高強(qiáng)度、高斷裂韌度及耐高溫等優(yōu)良性能，適合陶瓷工藝中要求高性能的產(chǎn)品的制造加工，特別適用于制作加工高強(qiáng)度的刀具。
具體實(shí)施方 式
[0014]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0015]實(shí)施例1
6份納米Zr02、35份亞微米Al203、25份納米TiC、2.2份納米BN以及3份納米B4C，余量為納米MgO。
[0016]經(jīng)測試，本實(shí)施例制得的高強(qiáng)度納米復(fù)合陶瓷材料的力學(xué)性能為:硬度HV17.7~18.3Gpa，抗彎強(qiáng)度為660~720Mpa，斷裂韌性為6.8~8.5MPa.m1/2。
[0017]實(shí)施例2
7份納米Zr02、38份亞微米Al203、28份納米TiC、5份納米BN以及5份納米B4C,余量為納米MgO0
[0018]經(jīng)測試，本實(shí)施例制得的高強(qiáng)度納米復(fù)合陶瓷材料的力學(xué)性能為:硬度HV13.4~16.3Gpa，抗彎強(qiáng)度為630~710Mpa，斷裂韌性為5.8~7.5MPa.m1/2。
[0019]實(shí)施例3
納米ZrO2 6.5份、亞微米Al2O3 30份、納米TiC 26份、納米BN 3份以及納米B4C 4份，余量為納米MgO。
[0020]經(jīng)測試，本實(shí)施例制得的高強(qiáng)度納米復(fù)合陶瓷材料的力學(xué)性能為:硬度HV15.7~17.3Gpa，抗彎強(qiáng)度為620~700Mpa，斷裂韌性為6.5~8.0MPa.m1/2。
[0021]實(shí)施例4
上述任一實(shí)施例的高強(qiáng)度納米復(fù)合陶瓷材料可以由以下制備方法制得，具體包括以下步驟:
S1.配料。按重量百分比進(jìn)行配料:納米ZrO2 6~7份、亞微米Al2O3 35~38份、納米TiC25~28份、納米BN 2.2飛份以及納米B4C 3飛份，余量為納米MgO。
[0022]S2.分散納米顆粒。實(shí)現(xiàn)該步驟時，可以以聚乙二醇(PEG)為分散劑，質(zhì)量約為1%，先將稱重后的納米材料緩慢加入無水乙醇中，邊加入邊攪拌，配制成體積分?jǐn)?shù)為2%的懸浮液，將分散劑加入納米材料的懸浮液中，超聲攪拌30min以上，使懸浮液均勻，得到分散性能良好的懸浮液；53.球磨并干燥混合。將步驟S2的各顆粒復(fù)合，在球磨機(jī)上球磨約48小時使其混合均勻，經(jīng)真空干燥、120目篩過篩，得到混合均勻的原料粉末； 54.燒結(jié)。將混合好的原料粉末裝入石墨模具中，采用熱壓燒結(jié)工藝進(jìn)行制備，燒結(jié)溫度為150(Tl700°C，保溫時間40min，得到納米復(fù)合陶瓷材料。
[0023]顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種納米陶瓷材料，其特征在于，按重量百分比包括以下組分:納米ZrO2 6~7份、亞微米Al2O3 35~38份、納米TiC 25~28份、納米BN 2.2飛份以及納米B4C 3飛份，余量為納米 MgO0
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米陶瓷材料，其特征在于，按重量百分比包括以下組分:納米ZrO2 6.5份、亞微米Al2O3 30份、納米TiC 26份、納米BN 3份以及納米B4C 4份，余量為納米MgO0
3.—種如權(quán)利要求1或2所述納米陶瓷材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: S1.配料:按重量百分比進(jìn)行配料:納米ZrO26~7份、亞微米Al2O3 35~38份、納米TiC25~28份、納米BN 2.2飛份以及納米B4C 3飛份，余量為納米MgO ; S2.分散納米顆粒:將稱重后的配料配制成懸浮液，然后超聲攪拌至均勻； S3.將步驟S2的各顆粒復(fù)合，在球磨機(jī)上球磨混合均勻，經(jīng)真空干燥得到原料粉末； S4.將混合好的原料粉末裝入石墨模具中，采用熱壓燒結(jié)工藝進(jìn)行制備，得到納米復(fù)合陶瓷材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟S4中，燒結(jié)溫度為150(Tl70(TC，保溫時間40min。
【文檔編號】C04B35/622GK103641455SQ201310672641
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月12日
【發(fā)明者】楊淑華 申請人:楊淑華