[发明专利]一种致密化碳化钛复合陶瓷的制备方法

说明书

本发明提供一种致密化碳化钛复合陶瓷的制备方法，所述复合陶瓷的原料中，TiC粉、添加剂、烧结助剂、钛源、C源的质量比为(30‑80):(0‑75):(0‑30):(0‑35):(0‑25)，在原料中，引入钛源、C源，通过原位反应，在碳化钛陶瓷基体中合成超细的碳化钛晶粒，提高了硼化锆的烧结活性，有利于致密化，相对密度95%以上；同时引入添加剂和烧结助剂，有利于形成液相，促进碳化钛颗粒之间重新排列，便于形成烧结颈，本发明制得的TiC复合陶瓷材料具有致密度高、高硬度、高韧性、低电阻率等性能，便于大规模自动化生产。

技术领域

本发明属于陶瓷材料技术领域，具体涉及一种致密化碳化钛复合陶瓷的制备方法。

背景技术

碳化钛陶瓷具有强度高、导热良好、低电阻率、抗高温氧化、耐化学腐蚀等优良的特性，经常被用在切削刀具、耐磨部件、电接触部件、核聚变反应堆等领域。但是碳化钛属于超硬材料，难以烧结致密化。

目前，虽然使用热压、SPS、自蔓延等烧结方式可以获得致密化的碳化钛复合陶瓷；但是，采用热压烧结工艺，产品上下两面要承受很大的压力，产品的形状往往是板材或片材，形状简单不能复杂，所以形状受到限制；此外，由于产品受压的原因，每一批次烧结的产品数量也会受到限制。SPS和自蔓延烧结工艺，虽然对产品的形状没有要求，但是这两种烧结工艺限定了烧结炉内腔尺寸非常小，产量极其低下，目前只限于实验科研研究，也不适用于大批量工业化生产。

发明专利 CN102390999A公开一种液相烧结SiC-TiC复合陶瓷及其制备方法，由15～50wt%的碳化钛，40～80wt%的碳化硅，5～10wt%的助烧结剂Al2O3和Y2O3组成，经配料、制浆、成型、干燥、烧结而得到，SiC-TiC复合陶瓷的常温抗折强度提高到580Mpa，断裂韧性提高到7.8MPa·m1/2，但是，该方法制备的陶瓷致密度并不高。

发明专利 CN110330318A公开一种微纳复合陶瓷材料，以微米氧化铝为基体，以微米碳化钨和纳米碳化钛为第二相材料，以石墨烯为强韧化相，该种氧化铝-碳化钨-碳化钛-石墨烯微纳复合陶瓷材料，抗弯强度550.92±25.55MPa，硬度23.54±0.63GPa，断裂韧性8.76±0.51MPa·m ^1/2，但是，其采用热压烧结工艺，样品虽然能获得较高的综合性能，但是样品的形状、尺寸和数量受到了极大的限制，不适用于规模化大批量生产。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，对现有工艺进行进一步优化，本发明提供一种致密化碳化钛复合陶瓷的制备方法，以实现制备具有高致密度、形状可塑性强、便于大规模量产的碳化钛复合陶瓷的发明目的。

为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种致密化碳化钛复合陶瓷的制备方法，其特征在于，所述复合陶瓷的原料，包括TiC粉、添加剂、烧结助剂、钛源、C源，所述TiC粉、添加剂、烧结助剂、钛源、C源的质量比为(30-80):(0-75):(0-30):(0-35):(0-25)；

所述添加剂可以是碳化钨、碳化硅、碳化硼、氧化铝、氧化硅、氮化硅、氮化铝中的一种或几种；

所述TiC粉平均粒度为0.4~5μm，纯度大于96%；

所述C源可以是酚醛树脂、石墨粉、炭黑、石墨烯中的一种或几种；

所述钛源可以是Ti粉、TiCl₄、TiO₂粉、钛酸丁酯中的一种或几种；

所述烧结助剂可以是氧化钙、氧化镁、氧化钇、氧化铈、氧化镧中的一种或几种；

所述制备方法，包括以下步骤：

（1）将原料、结合剂与液体介质一起混合成浆料，在球磨罐中球磨；

（2）将混合浆料进行喷雾造粒或在40~100℃干燥箱中烘干后手工过筛造粒；

（3）将造粒粉放入模具中，经过模压成型制成陶瓷生坯；

（4）将压制好的陶瓷生坯放入100~250℃干燥箱中干燥；