本發(fā)明涉及陶瓷
技術領域：
，尤其涉及一種復合陶瓷及其制備方法。
背景技術：
：碳氮化鈦(TiCN)基金屬陶瓷是在碳化鈦(TiC)基金屬陶瓷的基礎上添加氮化鈦發(fā)展而來的新型刀具材料。目前大量生產的金屬陶瓷切削刀片，大多數是以Ti(C,N)作為主相，以金屬鈷結相和碳化物硬質相作為添加劑，通過混合成型后經高溫燒結制備得到的。這種金屬陶瓷片與傳統(tǒng)的硬質合金相比，具有紅硬性高、摩擦系數低、耐磨性好、耐腐蝕性高等優(yōu)勢。TiCN基金屬陶瓷刀具的最佳切削速度通?？梢允怯操|合金的3倍～10倍，在半精加工和精加工領域已經成功替代WC基硬質合金刀具。由于TiCN熔點較高(3200℃)，需要很高的燒結溫度才可以提供燒結驅動力，但是TiCN在1600℃易分解，難以燒結成型，為改善其燒結特性，現有技術在燒結時多用鎳、鉬、鎳、WC等金屬作為粘結添加劑，但是金屬在高溫下抗氧化性低，蠕變性低，高溫力學性能低，嚴重影響燒結后陶瓷的力學性能。因此，研發(fā)一種能夠保證TiCN陶瓷具有良好燒結性能的同時還具有良好的抗氧化性、韌性、低溫蠕變性以及高溫力學性能的復合陶瓷材料成為本領域技術人員研究的熱點。技術實現要素：有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種復合陶瓷，本發(fā)明提供的復合陶瓷具有高致密性以及良好的力學性能。本發(fā)明提供了一種復合陶瓷，包括：釔鋁石榴石和碳氮化鈦；所述釔鋁石榴石和碳氮化鈦的質量比為A：B，0＜A≤50，50≤B≤100。優(yōu)選的，所述釔鋁石榴石和碳氮化鈦的質量比為(12～24)：(36～48)。一種上述技術方案所述的復合陶瓷的制備方法，包括：將釔鋁石榴石和碳氮化鈦進行熱壓燒結，得到復合陶瓷。優(yōu)選的，所述熱壓燒結的溫度為1550～1650℃。優(yōu)選的，所述熱壓燒結的時間為2～10小時。優(yōu)選的，所述熱壓燒結的壓力為25～35MPa。優(yōu)選的，所述釔鋁石榴石的制備方法為：將氧化釔和氧化鋁進行燒結，得到釔鋁石榴石。優(yōu)選的，所述燒結的溫度為1500～1700℃。優(yōu)選的，所述燒結的時間為10～20小時。優(yōu)選的，所述氧化釔和氧化鋁的摩爾比為(2～4):(4～6)。與現有技術相比，本發(fā)明采用釔鋁石榴石(YAG)作為添加劑與碳氮化鈦(TiCN)制備復合陶瓷，YAG在高溫(1300℃)具有優(yōu)異的抗蠕變性能和抗氧化性好以及優(yōu)良的穩(wěn)定性，而且熔點比較低(1950℃)，在較低的溫度下具有較高的質點擴散速率，燒結性能比較好；而且YAG具有高強度、高模量、抗氧化、耐化學腐蝕性以及優(yōu)良的光學性能和高溫力學性能，密度(4.55g/cm3)和碳氮化鈦密度非常接近，YAG的添加可以提高TiCN金屬陶瓷的抗高溫蠕變性、硬度、韌性等力學性能，使本發(fā)明提供的復合陶瓷具有較高的致密度以及良好的力學性能。實驗結果表明，本發(fā)明提供的復合陶瓷的致密度≥99.5％，維氏硬度≥16GPa，韌性≥5.34MPa.m1/2。具體實施方式下面將對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。本發(fā)明提供了一種復合陶瓷，包括：釔鋁石榴石和碳氮化鈦；所述釔鋁石榴石和碳氮化鈦的質量比為A：B，0＜A≤50，50≤B≤100。在本發(fā)明中，所述釔鋁石榴石和碳氮化鈦的質量比優(yōu)選為(12～24)：(36～48)，更優(yōu)選為(18～20)：(40～42)，最優(yōu)選為12:48；18:42或24:36。本發(fā)明提供了一種上述技術方案所述的復合陶瓷的制備方法，包括：將釔鋁石榴石和碳氮化鈦進行熱壓燒結，得到復合陶瓷。在本發(fā)明中，所述熱壓燒結的溫度優(yōu)選為1550～1650℃，更優(yōu)選為1580～1620℃，最優(yōu)選為1600℃。在本發(fā)明中，所述熱壓燒結的時間優(yōu)選為1～3小時，更優(yōu)選為2小時。在本發(fā)明中，所述熱壓燒結的壓力優(yōu)選為25～35MPa，更優(yōu)選為28～32MPa，最優(yōu)選為30MPa。本發(fā)明優(yōu)選在保護性氣體的氛圍下進行所述熱壓燒結，所述保護性氣體優(yōu)選為氮氣。在本發(fā)明中，所述熱壓燒結的方法優(yōu)選包括以下步驟：(1)將釔鋁石榴石和碳氮化鈦在第一壓力下進行預壓后以第一速度升溫至第一溫度；所述第一壓力為3～7MPa，所述第一速度為10～20℃/min，所述第一溫度為1100～1300℃，得到第一產物；(2)將所述第一產物以第二速度升溫至第二溫度并保溫，所述第二速度為5～15℃/min，所述第二溫度為1500～1700℃。在本發(fā)明中，所述步驟(1)優(yōu)選在氮氣的氣氛中進行。在本發(fā)明中，所述步驟(1)中第一壓力優(yōu)選為4～6MPa，更優(yōu)選為5MPa。在本發(fā)明中，所述第一速度優(yōu)選為12～18℃/min，更優(yōu)選為14～16℃/min，最優(yōu)選為15℃/min。在本發(fā)明中，所述第一溫度優(yōu)選為1150～1250℃，更優(yōu)選為1200℃。在本發(fā)明中，所述步驟(1)在升溫的過程中優(yōu)選同時進行抽真空處理，并在第三溫度停止抽真空并充入保護性氣體至常壓，所述第三溫度優(yōu)選為700～900℃，更優(yōu)選為750～850℃，最優(yōu)選為800℃。在本發(fā)明中，所述步驟(2)中第二速度優(yōu)選為8～12℃/min，更優(yōu)選為10℃/min。在本發(fā)明中，所述第二溫度優(yōu)選為1550～1650℃，更優(yōu)選為1600℃。在本發(fā)明中，所述步驟(2)中的保溫時間優(yōu)選為0.5～1.5小時，更優(yōu)選為0.8～1.2小時。在本發(fā)明中，所述步驟(2)在升溫過程中優(yōu)選勻速加壓，使壓力在第二溫度時達到25～35MPa，更優(yōu)選為28～32MPa，最優(yōu)選為30MPa。在本發(fā)明中，所述加壓的速度優(yōu)選為0.5～1MPa/min，更優(yōu)選為0.7～0.8MPa/min，最優(yōu)選為0.75MPa/min。在本發(fā)明中，當所述壓力達到25～35MPa后優(yōu)選保壓0.5～1.5小時，更優(yōu)選為0.8～1.2小時，最優(yōu)選為1小時。本發(fā)明在將釔鋁石榴石和碳氮化鈦進行熱壓燒結之前，優(yōu)選將釔鋁石榴石和碳氮化鈦混合研磨制粉。在本發(fā)明中，所述研磨優(yōu)選采用球磨的方法。在本發(fā)明中，所述球磨優(yōu)選采用氧化鋯磨球，更優(yōu)選采用大號氧化鋯磨球和小號氧化鋯磨球共同進行球磨，所述大號氧化鋯磨球的直徑優(yōu)選為10mm，高優(yōu)選為10mm，所述小號氧化鋯磨球的直徑優(yōu)選為5mm，高優(yōu)選為5mm。在本發(fā)明中，所述大號氧化鋯磨球和小號氧化鋯磨球的質量比優(yōu)選為(1～3)：1，更優(yōu)選為(1.5～2.5):1，最優(yōu)選為2:1。在本發(fā)明中，所述球磨過程中采用的試劑優(yōu)選為乙醇，更優(yōu)選為無水乙醇。本發(fā)明在球磨過程中優(yōu)選將球磨試劑倒入球磨罐2/3處。在本發(fā)明中，所述球磨的時間優(yōu)選為10～15小時，更優(yōu)選為12～13小時。在本發(fā)明中，所述混合研磨完成后，優(yōu)選將得到的粉料去除研磨溶劑后干燥。在本發(fā)明中，去除所述研磨溶劑的方法優(yōu)選為旋轉蒸發(fā)法。在本發(fā)明中，所述干燥的溫度優(yōu)選為50～70℃，更優(yōu)選為55～65℃，最優(yōu)選為60℃。在本發(fā)明中，所述干燥的時間優(yōu)選為20～30小時，更優(yōu)選為22～28小時，最優(yōu)選為24～26小時。本發(fā)明對所述釔鋁石榴石和碳氮化鈦的來源沒有特殊的限制，采用本領域技術人員熟知的釔鋁石榴石和碳氮化鈦的制備方法得到，或者由市場購買即可。在本發(fā)明中，所述釔鋁石榴石的制備方法優(yōu)選為：將氧化釔和氧化鋁進行燒結，得到釔鋁石榴石。在本發(fā)明中，所述燒結的溫度優(yōu)選為1500～1700℃，更優(yōu)選為1500～1650℃，最優(yōu)選為1600℃。在本發(fā)明中，所述燒結的時間優(yōu)選為10～20小時，更優(yōu)選為12～18小時，最優(yōu)選為14～16小時。在本發(fā)明中，所述燒結的方法優(yōu)選為階段升溫燒結，具體包括以下步驟：(A)將氧化釔和氧化鋁以2～4℃/min的速度升溫至1100～1300℃；(B)然后以1～3℃/min升溫至1500～1700℃并保溫，得到釔鋁石榴石。在本發(fā)明中，所述步驟(A)中的升溫速度優(yōu)選為2.5～3.5℃/min，更優(yōu)選為3℃/min。在本發(fā)明中，所述步驟(A)中的升溫溫度優(yōu)選為1150～1250℃，更優(yōu)選為1200℃。在本發(fā)明中，所述步驟(B)中的升溫速度優(yōu)選為1.5～2.5℃/min，更優(yōu)選為2℃/min。在本發(fā)明中，所述步驟(B)中的升溫溫度優(yōu)選為1550～1650℃，更優(yōu)選為1600℃。在本發(fā)明中，所述步驟(B)中的保溫時間優(yōu)選為3～5小時，更優(yōu)選為3.5～4.5小時，最優(yōu)選為4小時。本發(fā)明將氧化釔和氧化鋁進行燒結之前優(yōu)選將氧化釔和氧化鋁混合研磨。在本發(fā)明中，所述研磨優(yōu)選采用球磨的方法。在本發(fā)明中，所述球磨優(yōu)選采用氧化鋯磨球，更優(yōu)選采用大號氧化鋯磨球和小號氧化鋯磨球共同進行球磨，所述大號氧化鋯磨球的直徑優(yōu)選為10mm，高優(yōu)選為10mm，所述小號氧化鋯磨球的直徑優(yōu)選為5mm，高優(yōu)選為5mm。在本發(fā)明中，所述大號氧化鋯磨球和小號氧化鋯磨球的質量比優(yōu)選為(1～2)：1，更優(yōu)選為(1.4～1.6):1，最優(yōu)選為1.5:1。在本發(fā)明中，所述球磨過程中采用的試劑優(yōu)選為乙醇，更優(yōu)選為無水乙醇。本發(fā)明在球磨過程中優(yōu)選將球磨試劑倒入球磨罐2/3處。在本發(fā)明中，所述球磨的時間優(yōu)選為20～30小時，更優(yōu)選為22～28小時，最優(yōu)選為24～26小時。在本發(fā)明中，所述混合研磨完成后，優(yōu)選將得到的粉料去除研磨溶劑后干燥。在本發(fā)明中，去除所述研磨溶劑的方法優(yōu)選為旋轉蒸發(fā)法。在本發(fā)明中，所述干燥的溫度優(yōu)選為50～70℃，更優(yōu)選為55～65℃，最優(yōu)選為60℃。在本發(fā)明中，所述干燥的時間優(yōu)選為20～30小時，更優(yōu)選為22～28小時，最優(yōu)選為24～26小時。在本發(fā)明中，所述氧化釔和氧化鋁的摩爾比優(yōu)選為(2～4):(4～6)，更優(yōu)選為(2.5～3.5):(4.5～5.5)，最優(yōu)選為3:5。本發(fā)明對所述復合陶瓷的形狀沒有特殊的限制，本領域技術人員可根據所需的復合陶瓷的形狀采用不同的形狀的模具進行熱壓燒結或者將制備得到的復合陶瓷采用機加工的方法制備成所需的形狀。在本發(fā)明中，所述復合陶瓷的形狀可以為圓柱狀也可以為矩形方塊。在本發(fā)明中，圓柱狀復合陶瓷的直徑優(yōu)選為40～60mm，更優(yōu)選為45～55mm，最優(yōu)選為50mm。在本發(fā)明中，圓柱狀復合陶瓷的高優(yōu)選為6～10mm，更優(yōu)選為7～9mm，最優(yōu)選為8mm。在本發(fā)明中，矩形方塊狀復合陶瓷的長優(yōu)選為30～36mm，更優(yōu)選為32～34mm。在本發(fā)明中，矩形方塊狀復合陶瓷的寬優(yōu)選為3～5mm，更優(yōu)選為3.5～4.5mm，最優(yōu)選為4mm。在本發(fā)明中，矩形方塊狀復合陶瓷的高優(yōu)選為2～4mm，更優(yōu)選為2.5～3.5mm，最優(yōu)選為3mm。本發(fā)明以下實施例所用原料均為市售商品，所用的TiCN為H.C.STARCK公司提供的。實施例1制備YAG粉料：分別稱取6.8g的Y2O3和5.2g的Al2O3倒入干凈的球磨罐中，加入14.4g的大號氧化鋯研磨球(直徑為10mm，高為10mm)和9.6g的小號氧化鋯研磨球(直徑為5mm，高為5mm)，倒入無水乙醇至球磨罐2/3處，將球磨罐中的物料放入行星球磨機球磨24h之后使用旋轉蒸發(fā)儀去除無水乙醇，為保證粉料不含無水乙醇，放置于60℃，通風烘箱24h，去除研磨球，得到混合均勻的粉料。將上述混合均勻的粉料置于空氣氣氛的燒結爐中，以3℃/min升溫至1200℃，之后以2℃/min升溫至1600℃并且保溫4h，制得12g高純度YAG粉料。分別稱取12g上述制備的YAG粉料和48g的TiCN并置于球磨罐中，加入80g的大號氧化鋯研磨球(直徑為10mm，高為10mm)和40g的小號氧化鋯研磨球(直徑為5mm，高為5mm)，倒入無水乙醇至球磨罐2/3處，旋轉球磨12h之后采用旋轉蒸發(fā)去除無水乙醇，為保證粉料不含無水乙醇，放置于60℃，通風烘箱24h，去除研磨球，得到混合均為的粉料。將上述混合均勻的粉料置于N2氣氛的熱壓燒結爐中，常溫以5MPa壓力預壓，以15℃/min升溫至1200℃，然后以10℃/min升溫至1600℃并且保溫1h。升溫的同時抽取真空，在800℃停止抽取空氣并充入N2至常壓，1200℃勻速加壓，使壓力在1600℃達到30MPa并保壓1h，制得復合陶瓷。實施例2分別稱取10.21g的Y2O3和7.79g的Al2O3倒入干凈的球磨罐，加入24g的大號氧化鋯研磨球(直徑為10mm，高為10mm)和12g的小號氧化鋯研磨球(直徑為5mm，高為5mm)，倒入無水乙醇至球磨罐2/3處，將球磨罐中的物料放入行星球磨機球磨24h之后使用旋轉蒸發(fā)儀去除無水乙醇，為保證粉料不含無水乙醇，放置于60℃，通風烘箱12h，去除研磨球，得到混合均勻的粉料。將上述混合均勻的粉料置于空氣氣氛的燒結爐中，以2.5℃/min升溫至1200℃，之后以1.5℃/min升溫至1600℃并且保溫4h，制得18g高純度YAG粉料。分別稱取18g上述制備的YAG粉料和42g的TiCN并置于球磨罐中，加入80g的大號氧化鋯研磨球(直徑為10mm，高為10mm)和40g的小號氧化鋯研磨球(直徑為5mm，高為5mm)，倒入無水乙醇至球磨罐2/3處。旋轉球磨12h之后采用旋轉蒸發(fā)去除無水乙醇，為保證粉料不含無水乙醇，放置于60℃，通風烘箱18h，去除研磨球，得到混合均為的粉料。將上述混合均勻的粉料置于N2氣氛的熱壓燒結爐中，常溫以5MPa壓力預壓，以15℃/min升溫至1200℃，然后以10℃/min升溫至1600℃并且保溫1h。升溫的同時抽取真空，在800℃停止抽取空氣并充入N2至常壓，1200℃勻速加壓，使壓力在1600℃達到30MPa并保壓1h，制得復合陶瓷。實施例3分別稱取13.6的Y2O3和10.4g的Al2O3倒入干凈的球磨罐，加入32g的大號氧化鋯研磨球(直徑為10mm，高為10mm)和16g的小號氧化鋯研磨球(直徑為5mm，高為5mm)，倒入無水乙醇至球磨罐2/3處，將球磨罐中的物料放入行星球磨機球磨12h之后使用旋轉蒸發(fā)儀去除無水乙醇，為保證粉料不含無水乙醇，放置于60℃，通風烘箱24h，去除研磨球，得到混合均勻的粉料。將上述混合均勻的粉料置于空氣氣氛的燒結爐中，以2℃/min升溫至1200℃，之后以1℃/min升溫至1600℃并且保溫4h，制得24g高純度YAG粉料。分別稱取24g上述制備的YAG粉料和36g的TiCN并置于球磨罐中，加入80g的大號氧化鋯研磨球(直徑為10mm，高為10mm)和40g的小號氧化鋯研磨球(直徑為5mm，高為5mm)，倒入無水乙醇至球磨罐2/3處。旋轉球磨12h之后采用旋轉蒸發(fā)去除無水乙醇，為保證粉料不含無水乙醇，放置于60℃，通風烘箱24h，去除研磨球，得到混合均勻的粉料。將上述混合均勻的粉料置于N2氣氛的熱壓燒結爐中，常溫以5MPa壓力預壓，以15℃/min升溫至1200℃，然后10℃/min升溫至1600℃并且保溫1h。升溫的同時抽取真空，在800℃停止抽取空氣并充入N2至常壓，1200℃勻速加壓，使壓力在1600℃達到30MPa并保壓1h，制得復合陶瓷。實施例4按照GB/T25995-2010《精細陶瓷密度和顯氣孔率試驗方法》測試本發(fā)明實施例制備的復合陶瓷的相對密度。按照GB/T16534-2009《精細陶瓷室溫硬度試驗方法》測試本發(fā)明實施例制備的復合陶瓷的硬度。按照GB/T23806-2009《精密陶瓷室溫韌性測試方法》)測試本發(fā)明實施例制備的復合陶瓷的韌性。測試結果如表1所示，表1為本發(fā)明實施例1～3制備得到的復合陶瓷的性能測試結果。表1本發(fā)明實施例1～3制備得到的復合陶瓷的性能測試結果相對密度為維氏硬度斷裂韌性實施例199.6％16.5GPa6.04MPa.m1/2實施例299.4％15.4GPa5.61MPa.m1/2實施例399.5％15.6GPa5.56MPa.m1/2由以上實施例可知，本發(fā)明提供了一種復合陶瓷，包括：釔鋁石榴石和碳氮化鈦；所述釔鋁石榴石和碳氮化鈦的質量比為A：B，0＜A≤50，50≤B≤100。與現有技術相比，本發(fā)明采用釔鋁石榴石作為添加劑與碳氮化鈦制備復合陶瓷，YAG在高溫具有優(yōu)異的抗蠕變性能和抗氧化性好以及優(yōu)良的穩(wěn)定性，而且熔點比較低，在較低的溫度下具有較高的質點擴散速率，燒結性能比較好；而且YAG具有高強度、高模量、抗氧化、耐化學腐蝕性以及優(yōu)良的光學性能和高溫力學性能，密度和碳氮化鈦密度非常接近，YAG的添加可以提高TiCN金屬陶瓷的抗高溫蠕變性、硬度、韌性等力學性能，使本發(fā)明提供的復合陶瓷具有較高的致密度以及良好的力學性能。當前第1頁1 2 3