[发明专利]一种钛、铝、氮化钛、二氧化锆金属陶瓷材料制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及金属陶瓷材料领域，具体涉及一种钛、铝、氮化钛、二氧化锆金属陶瓷材料制备工艺。

背景技术

二氧化锆陶瓷具有高强度、高硬度、耐高温、耐酸碱的特点，同时具有良好的导电性能，其在高温结构材料、耐腐蚀以及电气材料中有着广泛的应用前景。但是二氧化锆陶瓷还存在着韧性较差，受冲击时易于破碎，不能像金属材料一样具有良好的机械加工性，以及抗热震性和高温塑性能力较低。采用增韧技术的二氧化锆，韧性虽然有所提高，但与金属材料相比，其韧性指标还相差较远，不能满足现代工艺的要求。美国专利20030167969公开了一种多元氧化物陶瓷与金属组合陶瓷，既能有金属组分的良好韧性，有具有陶瓷材料的高硬度和高耐磨性，但多元氧化物各自对烧结温度要求不同，给烧结工艺带来困难。中国专利92114875.5公开了一种自蔓延烧结的金属陶瓷，但采用自蔓延烧结的工艺技术有待于提高。铝与氮化钛合金陶瓷既具有陶瓷的耐高温抗氧化、耐腐蚀的性能，又具有金属一样的机械科加工性、抗热震性、高温塑性、导电性等优点，但是铝与氮化钛合金存在硬度较低、耐酸碱性较差、力学性能较差的缺点。

发明内容

本发明的目的是为了克服二氧化锆陶瓷冲击韧度低的缺点，机械加工性、抗热震性和高温塑性能力较低的缺点，以及铝与氮化钛合金的硬度较低、耐酸碱性较差、力学性能较差的缺点，本发明提供了一种钛、铝、氮化钛、二氧化锆金属陶瓷材料制备工艺。

本发明解决其技术问题采用的技术方案如下：一种钛、铝、氮化钛、二氧化锆金属陶瓷材料制备工艺，其步骤如下：

1）配料与混合：采用工业纯的钛、铝、氮化钛、二氧化锆粉末原料，按照质量百分比ZrO₂ 10-35%，Ti 20-35%，Al 20-40%，TiN 20-45%配比进行混合；

2）制粉：利用球磨机将配制好的粉料进行球磨，球磨2-4小时，球磨后的粉料粒度小于0.5微米；

3）压坯：将球磨后粉末混合均匀，放置于石墨模具中；

4）烧结成形：在真空热压烧结系统中进行烧结，真空度为10^-2Pa，以10-70℃/min的升温速率升温至1300-1400℃，保温2-5小时，压力为30-70Mpa；

5）烧后热处理：加热到800-1000℃，保温2-3小时，保温后快速冷却。

本发明利用钛、铝、氮化钛、二氧化锆元素在烧结中的相互反应，形成钛、铝、氮化钛的化合物和固溶体，可以获得高于一般金属材料的硬度，而脆性远低于陶瓷材料。本发明利用二氧化锆有两种变体，在1000℃时由单斜晶系转变为四方晶系，此晶系转变为可逆转变，冷却过程中，晶系转变伴有体积膨胀，可提高材料的致密度，对内部裂纹产生压应力，阻碍裂纹的扩展，提高材料的韧性。更重要的是二氧化锆的热膨胀系数与铝、氮化钛合金相近，将二氧化锆与铝、氮化钛合金结合，将二者的特性相结合，相互取长补短，获得兼具二者优点的复合材料。

采用上述技术方案的有益效果是：钛、铝、氮化钛、二氧化锆金属陶瓷材料的硬度和耐磨性高于铝、氮化钛合金，冲击韧度和机械加工性高于二氧化锆陶瓷，通过热处理后，其中金属相中固溶体的硬度和耐磨性得到提高，二氧化锆相的分布较为均匀，使材料具有高的抗磨损能力，铝、氮化钛的存在改善了材料的韧性。铝促进了烧结，降低了烧结温度。本发明的金属陶瓷主要用于腐蚀条件下的耐磨和抗冲击构件，在民用机电行业及军工领域均有广泛的应用前景。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

采用工业纯的钛、铝、氮化钛、二氧化锆粉末原料，按照质量百分比ZrO₂ 10%，Ti 20%，Al 30%，TiN 40%配比进行混合；利用球磨机将配制好的粉料进行球磨，球磨2小时，球磨后的粉料粒度小于0.5微米；将球磨后粉末混合均匀，放置于石墨模具中；在真空热压烧结系统中进行烧结，真空度为10^-2Pa，升温温度为200℃以前以10℃/min的升温速率升温，200℃以后以50℃/min升至烧结温度为1300℃，保温2小时，压力30Mpa；进行烧后热处理，加热到800℃，保温2小时，保温后快速冷却。

实施例2