專利名稱：多功能陶瓷復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無機非金屬材料領(lǐng)域，涉及一種既耐磨有有壓敏性的多功能陶瓷復(fù)合 材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
目前無機非金屬材料領(lǐng)域中，對陶瓷的多功能性能受到了重視。CN200710016886. 9號申請涉及一種SiC-BN-C復(fù)合材料及其制備方法，其以Si3N4、 B4C和C為原料，各成分的重量百分含量分別為6. 4% 63. 8%、2. 5% 24. 9%和11. 9% 91. 1%。制備方法為按上述重量百分含量取Si3N4粉、B4C粉和C粉進行球磨濕混；立即 將混好的物料烘干；將烘干的物料破碎后裝入石墨模具中并預(yù)壓；放入熱壓爐中，在真空 或保護氣氛中熱壓燒結(jié)，熱壓燒結(jié)溫度為1700°C 2200°C，加壓15 30MPa，保溫保壓 30min 2h?；蛞院袚]發(fā)份的無定形碳為碳源，將混合烘干的物料破碎裝入鋼模具中并 施加50 300MPa壓力保壓IOmin 2h ；然后放入熱壓爐或氣氛燒結(jié)爐中，在真空或保護氣 氛中燒結(jié)，溫度升高到800°C 1400°C保溫30min 2h，燒結(jié)溫度為1800°C 2200°C，保溫 30min 2h?？梢钥闯?，制備時的燒結(jié)溫度均很高，能源消耗大，制備成本高，無壓敏性能。CN200910089458. 8號申請涉及一種高性能氧化鋅復(fù)合陶瓷壓敏電阻材料及制備 方法，屬于電子陶瓷制備及應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。該陶瓷以氧化鋅為主相，采用氧化鐠為非線性 肇始相，并采用少量Co、Cr、Fe或W的氧化物為電位梯度和非線性增強劑，各組分摩爾百分 含量如下ZnO 80 95%，Pr6O11O. 01 15%，CoO 0. 01 10. 0%，Cr2O3O. 01 8. 0%， Fe2O3O. 0 5. 0%，WO3O. 0 3. 0%。所述材料制備方法依次包括“混料一高能球磨一烘干 —混合整粒一過篩一模壓成型一燒結(jié)一被銀”工藝步驟。但該材料不能做結(jié)構(gòu)陶瓷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對上述技術(shù)缺陷，提供一種多功能陶瓷復(fù)合材料，該陶瓷的 性能優(yōu)越，強度高。本發(fā)明的另一目的是提供上述多功能陶瓷復(fù)合材料的制備方法，該制備方法工藝 簡單，生產(chǎn)成本低，能耗小(燒結(jié)溫度低)，適于工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種多功能陶瓷復(fù)合材料，其各成分的重量百分含量為SiC 25-35 %, TiCN 25-35 %, Si3N45-10 %, V2O5O. 5-1. 5 %, BaOl-2 %, Si024_6 %, Ti022_5 %, ZrO21-3 %, La2O3O. 10-0. 15%，其余為 Al2O3 ；一種多功能陶瓷復(fù)合材料制備方法，該方法包括以下步驟先按重量百分比SiC 粉 25-35 %，TiCN 粉 25-35 %，Si3N4 粉 5-10 %，V2O5 粉 0. 5-1. 5%，BaO粉 1-2%，SiO2粉4-6%，TiO2 粉 2-5%，&02粉 1-3%,La2O3粉0. 10-0. 15%, 其余為Al2O3粉進行配料，各粉料的粒度為500-800目；將上述粉料裝入球磨機中，然后 注水，注水重量和各粉料總重量比為1 (1-1.3)；球磨濕混12h后取出烘干，烘干溫度為160-210°C，然后將烘干的物料在球磨機中粉碎到270-500目裝入模具中并施加50MPa 壓力，保壓5min ；然后放入電爐中燒結(jié)，先加熱到550-600 °C保溫0. 5_lh，然后再升溫 1450°C 1550°C，保溫2_4h，之后隨爐冷卻便得到多功能陶瓷復(fù)合材料。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)的有益效果如下本發(fā)明的TiCN具有較低的內(nèi)應(yīng)力，比較高的韌性，具有良好的潤滑性，以及高硬 度、耐磨損等特性，因此形成多功能陶瓷復(fù)合材料的核心組元；SiC是壓敏材料的核心組元，因為SiC是良好的半導(dǎo)體材料。成份中的Ba離子和 Ti離子可以調(diào)節(jié)SiC的半導(dǎo)性，因此BaO和TiO2用于強化SiC的壓敏性能。此外，SiC的硬度很大，SiC和TiCN組合作用，保證多功能陶瓷復(fù)合材料的高硬度。 另外SiC具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性能，因此SiC賦予多功能陶瓷復(fù)合材料具有好的熱震性；Si3N4本身具有很好的耐磨性和熱震性，因此Si3N4和SiC聯(lián)合作用以強化多功能 陶瓷復(fù)合材料具有好的熱震性；Si3N4, Si02、V2O5和Al2O3形成將SiC、TiCN粘結(jié)良好的復(fù)合材料基體，ZrO2通過相 變用于增加基體的韌性，Ce02細化復(fù)合材料基體晶粒，進一步強化復(fù)合材料的韌性。所以，該多功能陶瓷復(fù)合材料(已燒結(jié)成和模具內(nèi)腔形狀一樣的陶瓷產(chǎn)品零件。 性能檢測的就是陶瓷產(chǎn)品)不僅有優(yōu)越普通力學(xué)性能如高的強度和韌性，而且具有好的熱 震性和耐磨作用，還具有良好的壓敏性能。本發(fā)明采用電爐加熱，加熱溫度均勻。本發(fā)明材料的性能見表1。本發(fā)明制備工藝簡便，燒結(jié)溫度低，成本低，能耗低，環(huán)境協(xié)調(diào)性好，并且同時具有 強度和韌性高、熱震性好和耐磨性突出等綜合性能。
四

圖1為本發(fā)明實施例一制得的多功能陶瓷復(fù)合材料的組織。由圖1可以看到在復(fù)合材料基體上分布的物相。
五具體實施例方式以下各實施例僅用作對本發(fā)明的解釋說明，其中的重量百分比均可換成重量g、kg 或其它重量單位。實施例一本發(fā)明多功能陶瓷復(fù)合材料制備過程各原料按重量百分比=SiC粉 25%，TiCN 粉 25%，Si3N4 粉 5%，V2O5 粉 0. 5%，BaO 粉1 %，SiO2粉4%，TiO2粉2%，ZrO2粉1 %，La2O3粉0. 10%,其余為Al2O3粉進行配料，各 粉料的粒度為500-800目；將上述粉料裝入球磨機中，然后注水，注水重量和各粉料總重量 比為1 1 ；球磨濕混12h后取出烘干，烘干溫度為160-210°C，然后將烘干的物料在球磨機 中粉碎到270-500目裝入模具中并施加50MPa壓力，保壓5min ；然后放入電爐中燒結(jié)，先加 熱到550-600°C保溫0. 5-lh，然后再升溫1450°C 1550°C，保溫2_4h，之后隨爐冷卻便得到 多功能陶瓷復(fù)合材料。實施例二
各原料按重量百分比SiC35%, TiCN 35 %, Si3N4IO %, V2O5I- 5 %, BaO 2%, Si026%, Ti025%, Zr023%, La2O3O. 15%，其余為Al2O3進行配料，水重量和各粉料總重量比 為1 1.3，制備過程同實施例一。實施例三各原料按重量百分比:SiC30%, TiCN 30%, Si3N48%, V2O5O. 9 %, BaO 1.5%， Si025%, Ti023%, Zr022%, La2O3O. 12%，其余為Al2O3進行配料，制備過程同實施例一。實施例四(原料成份配比不在本發(fā)明范圍內(nèi)的實例)各原料按重量百分比:SiC22%, TiCN 22%, Si3N44%, V2O5O. 4%, BaO 0. 5%, Si022%, TiO2I%, ZrO2O. 5%, La2O3O. 05%，其余為Al2O3進行配料，制備過程同實施例一。實施例五(原料成份配比不在本發(fā)明范圍內(nèi)的實例)各原料按重量百分比SiC37%, TiCN 37%, Si3N4Il %, V2O5I- 6%, BaO 3%, Si027%, Ti026%, Zr024%, La2O3O. 16%，其余為Al2O3進行配料，制備過程同實施例一。下表為不同成份與配比的合金性能對照表表 1 復(fù)合材料的這些組元超出本申請配比范圍，材料的性能會降低。如SiC和TiCN組 分不夠，難以保證多功能陶瓷復(fù)合材料的高硬度和好的熱震性。同時也削弱材料的壓敏性 能。SiC和TiCN組分過多，Si3N4, SiO2, V2O5和Al2O3數(shù)量減少，不足以形成將SiC、TiCN粘 結(jié)良好的復(fù)合材料基體，復(fù)合材料的強度會降低。&02和&02不夠，韌性不足以強化；ZrO2 和Ce02過多，形成不必要的脆性化合物使增韌效果變差，反而增大材料的成本。BaO和TiO2 不夠則不足于強化SiC的壓敏性能，但過量同樣也會形成不必要的脆性化合物使增韌效果 變差。
權(quán)利要求
一種多功能陶瓷復(fù)合材料，其各成分的重量百分含量為SiC 25 35％，TiCN25 35％，Si3N45 10％，V2O50.5 1.5％，BaO1 2％，SiO24 6％，TiO22 5％，ZrO21 3％，La2O30.10 0.15％，其余為Al2O3。
2.一種多功能陶瓷復(fù)合材料制備方法，該方法包括以下步驟先按重量百分比 SiC 粉 25-35%，TiCN粉 25-35%,Si3N4 粉 5-10%,V2O5 粉 0. 5-1. 5%, BaO 粉 1-2%，SiO2 粉 4-6%，TiO2 粉 2-5%，ZrO2 粉 1-3%，La2O3 粉 0. 10-0. 15%，其余為 Al2O3粉進行配料，各粉料的粒度為500-800目；將上述粉料裝入球磨機中，然后注水，注水 重量和各粉料總重量比為1 (1-1.3)；球磨濕混12h后取出烘干，烘干溫度為160-210°C， 然后將烘干的物料在球磨機中粉碎到270-500目裝入模具中并施加50MPa壓力，保壓5min ； 然后放入電爐中燒結(jié)，先加熱到550-600°C保溫0. 5-lh，然后再升溫1450°C 1550°C，保溫 2_4h，之后隨爐冷卻便得到多功能陶瓷復(fù)合材料。
全文摘要
本發(fā)明提供一種多功能陶瓷復(fù)合材料及其制備方法，該陶瓷的性能優(yōu)越，強度高。該制備方法工藝簡單，生產(chǎn)成本低，能耗小，適于工業(yè)化生產(chǎn)。其各成分的重量百分含量為SiC 25-35％，TiCN 25-35％，Si3N4 5-10％，V2O5 0.5-1.5％，BaO 1-2％，SiO2 4-6％，TiO2 2-5％，ZrO2 1-3％，La2O3 0.10-0.15％，其余為Al2O3。
文檔編號C04B35/622GK101891479SQ20101022857
公開日2010年11月24日 申請日期2010年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月15日
發(fā)明者何美琴, 王玲, 趙浩峰 申請人:南京信息工程大學(xué)