[发明专利]一种陶瓷增强体及其制备方法

说明书

本发明提供了一种陶瓷增强体的制备方法，属于复合材料技术领域，本发明通过控制原料的种类以及用量比，制得的陶瓷增强体包括陶瓷硬质相和非硬质相的铁，陶瓷硬质相包含氧化铝、氧化锆、碳化钒、碳化钛和碳化铬，一方面解决了高组分(＞50％)、小粒径(＜1000μm)的陶瓷微粒弥散分布在钢铁材料的壁垒，另一方面解决含陶瓷增强体在高温钢铁液冲刷易溃散的难题，同时消除陶瓷增强体在后期铸造复合过程中易产生气孔、夹渣、裂纹等缺陷。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种陶瓷增强体及其制备方法。

背景技术

耐磨材料构件在服役过程中仅表面承受磨料磨损，通过复合的方法强化耐磨材料的构件表层是耐磨材料的发展方向。铸渗法和铸造烧结法是制备耐磨表层复合材料的有效方法之一。

铸渗法是将陶瓷颗粒预制成具有一定强度的预制体，置于铸型需增强的部位，浇注金属液凝固冷却即得到陶瓷颗粒增强表层耐磨复合材料。现有技术中，CN101898239.B、CN101899585.B、CN101899586.B、CN101898238.B公开了将增强体颗粒制备成预制体的方法；赵散梅等报道了采用预制体结合铸渗法，可以制备出2～3mmZTA陶瓷颗粒增强钢铁基复合材料(参见《ZTA/高铬铸铁基复合材料的制备及磨损性能研究》，赵散梅等，铸造技术，2011,32(12):1673-1676)。

但是对于粒径<1000μm的ZTA陶瓷微粒，由于微粒间孔隙过小和钢铁的流动性等因素限制，采用铸渗法很难制备。CN1297798A公开了一种铁基表面复合材料挺杆及其制造方法，先制备增强体坯体，再通过铸造烧结技术，利用铸造过程高温钢水或铁水的热量，使粘贴在铸型壁上的压坯烧结致密化并发生高温化学反应，从而在铸件表面生成表面平整、厚度稳定的表面复合材料层。利用铁水充型过程中的热量，在增强体内原位生成VC、TiC等，同时完成增强体与基体的界面冶金结合。但是，该方法增强体存在三个问题：1)内部反应剧烈，热量、体积波动巨大，增强体与基体界面出现缩孔、应力集中等缺陷，又由于铁水浇铸充型时间短，铁合金迅速凝固，内部气孔、应力等无法短时间排出或释放，将导致形成大量初始裂纹源；2)在高温钢铁液冲刷易溃散；3)在浇铸充型时间短的情况下，热容量导致加入的石墨反应不完全，在铸件内部残留石墨点缺陷，降低材料力学性能。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种陶瓷增强体及其制备方法，提高增强体中硬质相的含量，使小粒径(<1000μm)的陶瓷微粒弥散分布在钢铁材料的壁垒，同时消除增强体在后期铸造复合过程中易产生气孔、夹渣、裂纹等缺陷。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种陶瓷增强体的制备方法，包括以下步骤：

(1)将原料混合，得到混合微粉，所述原料包括以下重量百分比的组分：10～60％的硬质陶瓷粉、10～22％的高碳铬铁粉、2～4.5％的钒铁粉、1～2.5％的碳化钛粉、1.5～3.5％的镍粉以及25～70％的还原铁粉；

(2)将所述步骤(1)得到的混合微粉与无水乙醇混合后球磨，得到球磨产物；

(3)将所述步骤(2)得到的球磨产物干燥后进行等静压成型，得到陶瓷增强体坯体；

(4)将所述步骤(3)得到的陶瓷增强体坯体热压烧结，得到陶瓷增强体。

优选地，所述步骤(1)中硬质陶瓷粉的平均粒径小于1000μm。

优选地，所述步骤(1)中硬质陶瓷粉包括Al₂O₃·ZrO₂复相陶瓷微粉和/或ZrO₂微粉。

优选地，所述步骤(1)中高碳铬铁粉包含以下质量分数的组分：C 6.0～10.0％，Cr62～72％，Fe 20～35％。