專利名稱：Al₂O₃-TiN納米復(fù)合陶瓷材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及新材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是Al2O3-TiN納米復(fù)合陶瓷材料及其制備方法
背景技術(shù)：
通過(guò)多元復(fù)合的方法可以提高Al2O3基陶瓷材料的燒結(jié)性能，降低其燒結(jié)溫度，使其在較低的溫度下可以達(dá)到致密化，并且適當(dāng)?shù)牟牧辖M分、晶粒生長(zhǎng)抑制劑和燒結(jié)工藝可以使晶粒細(xì)化，進(jìn)而提高材料的力學(xué)性能。Al2O3陶瓷化學(xué)穩(wěn)定性好、耐熱和耐磨性能優(yōu)異且價(jià)格低廉，在國(guó)內(nèi)外研制的各類陶瓷刀具材料中一直占據(jù)著較大的份額。但是，斷裂韌度低成為制約氧化鋁陶瓷材料應(yīng)用和發(fā)展的主要因素。當(dāng)前，Al2O3基陶瓷材料的制備方法有無(wú)壓燒結(jié)、熱壓燒結(jié)、熱等靜壓、自蔓延高溫合成技術(shù)、放電等離子體燒結(jié)和氣壓燒結(jié)等。傳統(tǒng)制備工藝存在制備設(shè)備與工藝復(fù)雜，成本高，不利于產(chǎn)業(yè)化等不足之處。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于通過(guò)向基體中添加微米和納米TiN的方法，在保持其高硬度的基礎(chǔ)上，改善材料的強(qiáng)度和斷裂韌度，克服普通陶瓷材料力學(xué)性能低及傳統(tǒng)工藝存在的缺陷，提供質(zhì)量?jī)?yōu)良，工藝簡(jiǎn)單，成本低廉的Al2O3-TiN陶瓷材料及制備方法。本發(fā)明的基本構(gòu)思是將A1203、TiN, MgO粉末按照一定的比例混合，采用真空熱壓燒結(jié)法，在合適的升溫速率、燒結(jié)壓力、燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間下，合成Al2O3-TiN陶瓷材料。制備Al2O3-TiN陶瓷材料混合粉的成分質(zhì)量比為=Al2O3 62. 16% -85. 92% ；納米 Τ Ν6. 38% -37. 01% ；微米 TiN 0-19. 13% ；MgO 0. 83% -0. 87%。制備Al2O3-TiN的工藝路線為(1)采用分散劑Y -氨丙基三乙氧基硅烷KH550和分散介質(zhì)無(wú)水乙醇對(duì)納米TiN粉末原料進(jìn)行分散處理；分散處理時(shí)先將納米TiN粉末和無(wú)水乙醇按照體積比例1 50配制成懸浮液，然后按照γ-氨丙基三乙氧基硅烷KH550與懸浮液體積比例1 100對(duì)懸浮液進(jìn)行分散處理，經(jīng)真空干燥后獲得分散處理后的納米TiN 粉末原料；(2)將按比例配制的Al2O3、分散處理后的納米TiN粉末、微米TiN、MgO混合粉末裝入缸式球磨機(jī)中，添加無(wú)水乙醇作為球磨介質(zhì)，用氧化鋁陶瓷球球磨48小時(shí)，真空干燥后用100目篩過(guò)篩；(3)將過(guò)篩后的配料裝入上下封閉的石墨容器，再放入真空燒結(jié)爐內(nèi)； (4)在升溫速率70°C /min、壓力32MPa、溫度1650°C -1700°C、保溫15-45min條件下制備成 Al2O3-TiN納米復(fù)合陶瓷材料。其合成的陶瓷材料的致密度高，抗彎強(qiáng)度為896. 8MPa,斷裂韌度為9. 57MPa · m1/2, 硬度為22. 88GPa。本發(fā)明構(gòu)思新穎，利用真空熱壓燒結(jié)法所制備的陶瓷材料，在提高強(qiáng)度和硬度的前提下極大的優(yōu)化了材料的斷裂韌度，其質(zhì)量?jī)?yōu)良，能滿足現(xiàn)代加工工藝對(duì)刀具、工具和模具材料的性能要求。加工工藝及設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低，易于產(chǎn)業(yè)化。四、實(shí)施例先按照工藝路線(1)采用Y- 氨丙基三乙氧基硅烷KH550和分散介質(zhì)無(wú)水乙醇對(duì)納米TiN粉末原料進(jìn)行分散處理，降低納米粉末的團(tuán)聚，提高其分散均勻性；分散處理時(shí)先將納米TiN粉末和無(wú)水乙醇按照體積比例1 50配制成懸浮液，然后按照分散劑γ-氨丙基三乙氧基硅烷KH550與懸浮液體積比例1 100對(duì)懸浮液進(jìn)行分散處理，經(jīng)真空干燥后獲得分散處理后的納米TiN粉末原料；按實(shí)施例附表中所列的組成成份比例配料，按照工藝路線(2)分別將各組比例的混合粉末裝入缸式球磨機(jī)中，用氧化鋁陶瓷球球磨48小時(shí)， 真空干燥后用100目篩過(guò)篩；(3)將過(guò)篩后的配料分別裝入上下封閉的石墨容器中，再放入真空燒結(jié)爐內(nèi)；⑷在升溫速率70°C /min、壓力32MPa、溫度1650_1700°C、保溫15_45min條件下制備而成。實(shí)施例附表
權(quán)利要求
1.Al2O3-TiN納米復(fù)合陶瓷材料，其特征為制備Al2O3-TiN陶瓷材料混合粉的成分質(zhì)量比為Al2O3 62. 16 %-85. 92% ；納米 TiN 6. 38 %-37. 01 % ；微米 TiN 0-19. 13% ； MgOO. 83% -0. 87%o
2.制備權(quán)利要求1所述的Al2O3-TiN納米復(fù)合陶瓷材料的方法，其特征為制備 Al2O3-TiN的工藝路線為(1)采用分散劑Y-氨丙基三乙氧基硅烷KH550和分散介質(zhì)無(wú)水乙醇對(duì)納米TiN粉末原料進(jìn)行分散處理；分散處理時(shí)先將納米TiN粉末和無(wú)水乙醇按照體積比例1 50配制成懸浮液，然后按照γ-氨丙基三乙氧基硅烷KH550與懸浮液體積比例 1 100對(duì)懸浮液進(jìn)行分散處理，經(jīng)真空干燥后獲得分散處理后的納米TiN粉末原料；(2) 將按比例配制的Al2O3、分散處理后的納米TiN粉末、微米TiN、MgO混合粉末裝入缸式球磨機(jī)中，添加無(wú)水乙醇作為球磨介質(zhì)，用氧化鋁陶瓷球球磨48小時(shí)，真空干燥后用100目篩過(guò)篩；(3)將過(guò)篩后的配料裝入上下封閉的石墨容器，再放入真空燒結(jié)爐內(nèi)；(4)在升溫速率 700C /min、壓力 32MPa、溫度 1650°C -1700°C、保溫 15_45min 條件下制備成 Al2O3-TiN 納米復(fù)合陶瓷材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及新材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是熱壓燒結(jié)Al2O3-TiN陶瓷材料及其制備方法。材料成分質(zhì)量比為Al2O3 62.16％-85.92％；納米TiN 6.38％-37.01％；微米TiN 0-19.13％；MgO0.83％-0.87％。制備工藝路線為(1)采用分散劑γ-氨丙基三乙氧基硅烷KH550和分散介質(zhì)無(wú)水乙醇對(duì)納米TiN粉末原料進(jìn)行分散處理；(2)將按比例配制的混合粉末裝入缸式球磨機(jī)中，添加無(wú)水乙醇作為球磨介質(zhì)，用氧化鋁陶瓷球球磨48小時(shí)，真空干燥后用100目篩過(guò)篩；(3)將過(guò)篩后的配料裝入上下封閉的石墨容器，再放入燒結(jié)爐內(nèi)；(4)在升溫速率70℃/min、壓力32MPa、溫度1650℃-1700℃、保溫15-45min條件下制備。本發(fā)明在提高強(qiáng)度和硬度的同時(shí)優(yōu)化了材料的斷裂韌度，其質(zhì)量?jī)?yōu)良，能滿足加工工藝對(duì)刀具、工具和模具材料的性能要求；工藝及設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低，易于產(chǎn)業(yè)化。
文檔編號(hào)C04B35/622GK102219483SQ20111011420
公開(kāi)日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2011年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月4日
發(fā)明者劉含蓮, 劉戰(zhàn)強(qiáng), 朱洪濤, 費(fèi)玉環(huán), 鄒斌, 黃傳真 申請(qǐng)人:山東大學(xué)