[发明专利]一种复合陶瓷粉末的制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种复合陶瓷粉末的制备方法，尤其是涉及一种包覆型复合陶瓷粉末的制备方法。

背景技术：

陶瓷材料是用天然或者化合物经过成形和高温烧结等工艺制备的一类无机非金属材料。它具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化性等特点。随着现代制造技术的发展，传统的硬质合金材料的硬度、耐磨性等性能已经难以满足人们的需要，陶瓷材料以其优异的耐磨性、耐热性和耐候性在切削领域越来越受到重视。陶瓷刀具与硬质合金刀具相比，寿命可高几倍，且能在1200℃以上的高温下长时间工作而不被氧化，可以用来金属高速切削。

目前常用的陶瓷刀具的材料种类有氧化铝(Al₂O₃)基陶瓷、氮化硅(Si₃N₄)基陶瓷，及Ti(C，N)基金属陶瓷等等。在这些陶瓷中，一般会加入一些复合成分，例如TiC、TiN、WC等成分。另外会加入少量的粘结金属如Co和Ni。而粘结金属的比例及均匀性，对刀具的强度及韧度至关重要。

传统的陶瓷刀具制造工艺中，往往把粘结金属粉末和带有添加成分的陶瓷粉末直接混合，然后进行热压烧结。这种做法制备的复合陶瓷材料中，粘结金属往往没有形成均匀的网状结构，导致复合陶瓷粉末之间可能存在间隙，影响陶瓷刀具的强度及韧度。浙江大学的张超用化学镀法制备钴包Al₂O₃、TiC粉体，并通过热压烧结制备出新型的Al₂O₃-TiC-Co材料，与国外最好的Al₂O₃-TiC陶瓷刀具相比，硬度基本保持不变的情况下，断裂韧度提高了52％，抗弯强度提高了33％。

但是化学镀的镀层与基底结合情况较差，容易脱落，不够均匀。且化学镀的方法中流程较多，不可避免的会产生废液等难以回收的废弃物，容易污染环境。

发明内容：

本发明主要涉及一种复合陶瓷粉末的制备方法，主要目的是将粘结金属通过磁控溅射的方式均匀的沉积在1微米～100微米的陶瓷粉末的表面，经过热压烧结形成陶瓷制品，具体包含以下步骤：

1、陶瓷粉体的筛分；

2、陶瓷粉体的表面处理；

3、粘结金属的沉积；

4、热压烧结。

其中，陶瓷粉体包括基底和添加成分。基底包括Al₂O₃基陶瓷、Si₃N₄基陶瓷、TiC基陶瓷、TiN基陶瓷，添加成分包括TiC、TiN、WC、Mo₂C、TaC、NbC、Cr₃C₂等。基底和添加成分的质量比为1.5～4:1。

陶瓷粉体的筛分可通过固定筛筛分、筒形筛筛分、振动筛筛分、旋风分离筛分，得到粒径分布均一的陶瓷粉体。

筛分后的陶瓷粉体经有机溶剂清洗、水基清洗剂清洗、化学清洗、电化学清洗、等离子体清洗、蒸汽清洗、高压喷射清洗、超声波清洗等方式，去除基料表面的油污及其他杂质物质，确保陶瓷粉体表面无异物，满足后期镀层化要求，烘干后备用。

粘结金属主要为镍、钴、铜、银，以及具有其中任意两个金属成分的合金材料。

粘结金属的沉积方式为磁控溅射，沉积过程中为了保证陶瓷粉体的分散，需要加入机械抖动、搅拌、超声波振动等方式。磁控溅射的本底压力为2×10^-3Pa，99.99％纯度的氩气，镀膜压力为0.1Pa，溅射电流为5A，镀膜时间为10～60min。

复合陶瓷粉体在2×10^-3Pa的真空状态、1300～1800℃的温度、20t的压力条件下热压烧结30～45min，得到陶瓷制品。陶瓷制品的洛氏硬度为92～96，抗弯强度为1000～2000Mpa，断裂韧性为5～10MPam^1/2。

本发明的有益效果：通过磁控溅射的方法将粘结金属沉积在1微米～100微米的陶瓷粉体表面，粘结金属形成均匀的网状结构，减少复合陶瓷粉末之间的间隙，形成适用制备陶瓷刀具的复合陶瓷粉末，使陶瓷刀具具有较高的强度及韧度。同时该方法工艺简单，绿色环保，无废气及废液产生。

具体实施方式：

实施例1：