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CN1209318C - 一种氮化物/氧化铝基复合陶瓷材料及其制备工艺 - Google Patents

一种氮化物/氧化铝基复合陶瓷材料及其制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及到一种氮化物/氧化铝基复合陶瓷材料及其制备工艺。该材料由氮化钛、氮化铝和氧化铝三部分组成，其制备工艺是将钛粉、铝粉、微量添加剂氧化钇与氧化铝微粉球磨混料制粉，在氮气气氛下热压成型。该发明利用三种陶瓷材料相互的优点弥补各自的不足，从而生产出一种性能价格比合理、性能优良、先进实用的复合陶瓷材料。

Description

一种氮化物/氧化铝基复合陶瓷材料及其制备工艺
1、技术领域：本发明属于工程陶瓷材料领域，尤其是涉及一种陶瓷刀具及热喷涂用的氮化物/氧化铝基复合陶瓷材料及其制备工艺。
2、背景技术：氧化铝基陶瓷刀具材料是近几十年来研究颇多的一类高硬度刀具材料，目前应用较成功的比如碳化硅晶须增韧的氧化铝刀具材料、碳化硅晶须/碳化硅颗粒增韧的氧化铝基陶瓷刀具材料及相变增韧的氧化铝陶瓷刀具材料。这些材料往往由于原材料成本或制备工艺复杂造成成本过高。如单纯由晶须增韧的氧化铝陶瓷材料，就是由于晶须价格较高，制备工艺复杂，导致材料性能价格比不合理。如上面提到的碳化硅晶须增韧的氧化铝陶瓷材料中，碳化硅晶须就比同类的碳化硅粉料要贵10～12倍，再加上晶须加入到材料中，其混合工艺比粉料的混合要复杂得多，因此材料的成本相对较高。
3、发明内容：本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，利用价格较低的粉料，提供一种价格性能比合理的氮化物/氧化铝基复合陶瓷材料及其制备工艺，该材料可用于高强韧材料的切削和高耐磨场合。
本发明是通过以下方式和步骤实现的：
一种氮化物/氧化铝基复合陶瓷材料，其特征是采用下面工艺制备：
1)先按质量百分比备料氧化铝粉、钛粉和铝粉，其中氧化铝粉70～90％，钛、铝粉10～30％，钛粉和铝粉的比例为原子比1∶1～10∶1；然后氧化钇粉按氧化铝粉、钛粉和铝粉之和的1～3％质量百分比备料；
2)混合钛粉、铝粉和氧化钇粉，干法球磨细化、混匀；
3)混合钛、铝及氧化钇混合粉体和氧化铝粉，无水乙醇作球磨介质，一起球磨后，再把料浆在真空干燥器中干燥，过筛，制得钛、铝、氧化钇/氧化铝混合粉体；
4)将钛、铝、氧化钇/氧化铝混合粉体材料装入石墨模具中，热压烧结，用氮气作保护气体，烧成温度范围为：1400～1650℃，压力为25～40MPa。
按上述步骤制备的氮化物/氧化铝基复合陶瓷材料，其特征是：它由氮化钛、氮化铝和氧化铝三部分组成，其中氧化铝的质量百分含量为：63～87％。
氮化铝具有优良的物理化学性能，理论上其导热率可达320W.m-1.K-1，热、化学性能稳定。在一定的工艺条件下，能形成氮化铝晶须和氮化铝微细颗粒(110-200nm)；氮化钛也具有高硬度、高熔点、化学稳定性好的特点，是一种很好的耐火耐磨材料。因此将它们与氧化铝复合，可以提高Al2O3陶瓷材料的强、硬度及改善切削性能。并且形成的复合陶瓷材料性能价格比合理，也拓展了Al2O3陶瓷材料的应用范围。
4、具体实施方式
下面给出本发明的两个最佳实施例
实施例一：本发明按质量百分数氧化铝粉为90％，钛、铝粉为10％(钛、铝原子比为1∶1)准备原料。首先将钛、铝粉及添加剂氧化钇粉(氧化钇粉的加入量为氧化铝粉、钛和铝粉总质量的3％)混合，于高能球磨机中球磨25小时，然后加入氧化铝粉及无水乙醇球磨剂，混磨5小时，经真空干燥后，用100目筛筛选，在氮气下热压烧结，最高温度为1600℃，加压40MPa，烧结1小时。可得到相对密度为99.5％的坯料，硬度/HRA为94.2，断裂韧性为6.5MPa·m1/2，抗弯强度为501MPa。产物中各组分含量氧化铝为86.7％，氮化钛为7.9％，氮化铝为5.4％。
实施例二：本发明按质量百分数氧化铝粉为85％，钛、铝粉为15％(钛、铝原子比为1∶1)准备原料。首先将钛、铝粉及添加剂氧化钇粉(氧化钇粉的加入量为氧化铝粉、钛和铝粉总质量的1％)混合，于高能球磨机中球磨25小时，然后加入氧化铝粉及无水乙醇球磨剂，混磨3小时，经真空干燥后，用120目筛筛选，在氮气下热压烧结，最高温度为1540℃，加压40MPa，烧结40分钟。可得到相对密度为99％的坯料，硬度/HRA为93.3，断裂韧性为8.3MPa·m1/2，抗弯强度为687MPa。产物中各组分含量氧化铝为80.5％，氮化钛为11.7％，氮化铝为7.8％。

Claims (2)

1、一种氮化物/氧化铝基复合陶瓷材料的制备工艺，其特征是采用下面工艺制备：
1)先按质量百分比备料氧化铝粉、钛粉和铝粉，其中氧化铝粉70～90％，钛铝粉10～30％，钛粉和铝粉的比例为原子比1∶1～10∶1，然后添加剂氧化钇粉按氧化铝粉、钛粉和铝粉之和的1～3％质量百分数备料；
2)混合钛粉、铝粉和氧化钇粉，干法球磨细化、混匀；
3)混合钛、铝和氧化钇混合粉体和氧化铝粉，无水乙醇作球磨介质，一起球磨后，再把料浆在真空干燥器中干燥，过筛，制得钛、铝、氧化钇/氧化铝混合粉体；
4)将钛、铝、氧化钇/氧化铝混合粉体材料装入石墨模具中，热压烧结，用氮气作保护气体，烧成温度范围为：1400～1650℃，压力为25～40MPa。
2、根据权利要求1所述工艺制备的氮化物/氧化铝基复合陶瓷材料，其特征是：它由氮化钛、氮化铝和氧化铝三部分组成，其中氧化铝的质量百分含量为：63～87％。
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