一種復(fù)合陶瓷材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種復(fù)合陶瓷材料，包括以下組分：Al2O3、TiB2、ZrO2，各組分質(zhì)量百分比為：63-77％、18.5-30.5％、4.5-6.5％；制備所述復(fù)合陶瓷材料的方法，包括以下步驟：1）原料準(zhǔn)備；2）球磨混料；3）熱壓燒結(jié)。本發(fā)明通過在Al2O3基體中加入B4C、TiC和ZrO2粉末，利用B4C和TiC在熱壓燒結(jié)過程中原位反應(yīng)生成TiB2，從而制備得Al2O3/ TiB2/ ZrO2復(fù)合陶瓷材料；該復(fù)合陶瓷材料不僅強度高、硬度高、韌性高，而且在高溫摩擦作用下產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)形成連續(xù)固態(tài)潤滑層，實現(xiàn)該復(fù)合材料的自潤滑功能。本復(fù)合陶瓷材料適合制備切削刀具、模具等。
【專利說明】一種復(fù)合陶瓷材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種陶瓷材料及其制備方法，尤其是一種高強度、高硬度、高韌性復(fù)合 陶瓷材料及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 氧化鋁基復(fù)合陶瓷材料具有較好的常溫力學(xué)性能(如高強度、高硬度等)，有著較 廣泛的工程應(yīng)用。在過去已有的氧化鋁基復(fù)合陶瓷材料的制備方法都是向氧化鋁基體中直 接加入一定量的！18 2顆粒制得Al 203/TiB2復(fù)相陶瓷材料，或是向氧化鋁基體中直接加入一 定量的TiBjP ZrO 2顆粒制得Al 203/TiB2/Zr02復(fù)相陶瓷材料。但TiB 2粉末有活性高、易水 解、吸潮等缺點，所以制備的材料綜合力學(xué)性能有一定的局限性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種高強度、高硬度、高韌性復(fù)合陶瓷材料及 其制備方法。
[0004] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為： 一種復(fù)合陶瓷材料，包括以下組分：A1203、TiB2、ZrO 2，各組分質(zhì)量百分比為：63-77%、 18. 5-30. 5%、4· 5-6. 5% 〇
[0005] 制備前述一種復(fù)合陶瓷材料的方法，包括以下步驟： 1) 原料準(zhǔn)備：原料選用A1203、B4C、TiC和ZrO2粉末，各組分質(zhì)量百分比為63-77%、 12. 9-21. 3%、5. 6-9. 2%、4. 5-6. 5% ;在 Al2O3基體材料中，添加 B4C、TiC 和 ZrO2粉末，充分混 合； 2) 球磨混料：以無水乙醇作為介質(zhì)將混合好的原料進行強化球磨，再將球磨后的混合 料在真空干燥箱中干燥24h后100目過篩，制得均勻混合粉末； 3) 熱壓燒結(jié)：將均勻混合粉末裝入石墨模具中，采用真空熱壓燒結(jié)工藝，制備得到 Al2O3/ TiB2/ ZrO2M合陶瓷材料。
[0006] 進一步的，步驟2)中選用YG8硬質(zhì)合金球，球料比5:1，與無水乙醇一道作為介質(zhì) 進行濕法球磨，球磨時間為80-100小時。
[0007] 進一步的，步驟3)中燒結(jié)溫度范圍為1650-1750°C，燒結(jié)壓力為25-30MPa，保溫 時間為30-40分鐘。
[0008] 本發(fā)明的優(yōu)點在于：通過在Al2O3基體中加入B 4C、TiC和ZrO2粉末，利用B 4C和TiC 在熱壓燒結(jié)過程中原位反應(yīng)生成TiB2，從而制備得Al2O3/ TiB2/ ZrO2復(fù)合陶瓷材料。本發(fā) 明通過適當(dāng)?shù)脑环磻?yīng)可以獲得第二相，并能有效阻止晶粒二次長大；本發(fā)明就是從這一 理念出發(fā)，通過用TiC和B 4C化學(xué)反應(yīng)在微米級Al2O3基體中原位生成顆粒細(xì)小、分布均勻 的TiB 2作為增強相，同時在基體中加入納米級ZrO2，利用其相變特性以提高復(fù)合材料的韌 性，用熱壓燒結(jié)工藝制得Al 203/Zr02/TiB2納微米復(fù)合陶瓷材料。該復(fù)合陶瓷材料在高溫摩 擦作用下產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)形成連續(xù)固態(tài)潤滑層，實現(xiàn)該復(fù)合材料的自潤滑功能。本復(fù)合陶瓷 材料適合制備切削刀具、模具等。

【具體實施方式】
[0009] 為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)造特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié) 合具體實施例，對本發(fā)明作進一步闡述。
[0010] 實施例1 1) 材料組分：基體材料α - Al2O3質(zhì)量為63克，在其中添加9. 24克B 4C、21. 26克TiC 和6. 5克ZrO2粉末； 2) 球磨混料：以無水乙醇和YG8硬質(zhì)合金球作為介質(zhì)將上述混合好的原料進行強化 球磨，球磨時間80-100小時，再將球磨后的混合料在真空干燥箱中干燥24h后100目過篩， 制得均勻混合粉末； 3) 熱壓燒結(jié)：將上一步驟所得的混合粉末裝入石墨模具中，采用真空熱壓燒結(jié)工藝， 燒結(jié)溫度范圍為1700 °C，燒結(jié)壓力為30MPa，保溫時間為30分鐘，制備得到Al2O3/ TiB2/ ZrO2復(fù)合陶瓷材料(樣品Al)。
[0011] 實施例2 1) 材料組分：基體材料α - Al2O3質(zhì)量為77克，在其中添加5.6克84(：、12. 9克TiC 和4. 5克ZrO2粉末； 2) 球磨混料：以無水乙醇和YG8硬質(zhì)合金球作為介質(zhì)將上述混合好的原料進行強化 球磨，球磨時間80-100小時，再將球磨后的混合料在真空干燥箱中干燥24h后100目過篩， 制得均勻混合粉末； 3) 熱壓燒結(jié)：將上一步驟所得的混合粉末裝入石墨模具中，采用真空熱壓燒結(jié)工藝，燒 結(jié)溫度范圍為1700°C，燒結(jié)壓力為30MPa，保溫時間為30分鐘，制備得到Al 2O3/ TiB2/ ZrO2 復(fù)合陶瓷材料(樣品A2)。
[0012] 機械力學(xué)性能檢測： 將上述兩實施例所制備得到的樣品AU A2進行機械力學(xué)性能檢測，將所制試樣經(jīng)切 害Ij、工具磨床粗磨、精磨，最后進行拋光和倒角，制成4mmX3mmX 36mm的標(biāo)準(zhǔn)試樣。用三點 彎曲法在CMT5105型電子萬能試驗機上測量樣品的抗彎強度，跨距為30 mm，加載速率為 0. 5 mm/min;用HV-120型維氏硬度計測量樣品的顯微硬度，載荷為98 N，保壓15s;用壓痕 法測量樣品的斷裂韌性。
[0013] 結(jié)果如下：

【權(quán)利要求】
1. 一種復(fù)合陶瓷材料，包括以下組分：Al 203、TiB2、Zr02，各組分質(zhì)量百分比為： 63-77%、18. 5-30. 5%、4. 5-6. 5% 〇
2. 制備權(quán)利要求1所述一種復(fù)合陶瓷材料的方法，其特征在于包括以下步驟： 1) 原料準(zhǔn)備：原料選用A1203、B4C、TiC和Zr02粉末，各組分質(zhì)量百分比為63-77%、 12. 9-21. 3%、5. 6-9. 2%、4. 5-6. 5% ;在 A1203基體材料中，添加 B4C、TiC 和 Zr02粉末，充分混 合； 2) 球磨混料：以無水乙醇作為介質(zhì)將混合好的原料進行強化球磨，再將球磨后的混合 料在真空干燥箱中干燥24h后100目過篩，制得均勻混合粉末； 3) 熱壓燒結(jié)：將均勻混合粉末裝入石墨模具中，采用真空熱壓燒結(jié)工藝，制備得到 A1203/ TiB2/ Zr02M合陶瓷材料。
3. 如權(quán)利要求2所述的制備一種復(fù)合陶瓷材料的方法，其特征在于：步驟2)中選用 YG8硬質(zhì)合金球，球磨時間80-100小時。
4. 如權(quán)利要求2所述的制備一種復(fù)合陶瓷材料的方法，其特征在于：步驟3)中燒結(jié)溫 度范圍為1650-1750°C，燒結(jié)壓力為25-30MPa，保溫時間為30-40分鐘。
【文檔編號】C04B35/622GK104446395SQ201410729200
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月5日
【發(fā)明者】劉孝光, 殷韋韋, 江海鋒, 潘培道 申請人:池州學(xué)院