[发明专利]复相陶瓷材料及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种适合增压器涡轮使用的陶瓷材料，本发明还涉及这种陶瓷材料的制造方法。

背景技术

涡轮增压器实际上是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量。利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮又压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入气缸。当发动机转速增快，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮压缩更多的空气进入气缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量和调整发动机的转速，从而增加发动机的输出功率。

涡轮增压器安装在发动机的进排气歧管上，处在高温，高压和高速运转的工作状况下，其工作环境非常恶劣，工作要求比较苛刻，因此对制造的材料成型工艺和加工技术都要求很高。要求材料有良好的高温机械性能，要有较高的高温持久强度极限以及良好的抗疲劳和抗蠕变的性能。

增压器涡轮是增压器上非常关键和重要的部件，随着增压器技术的发展，涡轮材料也在不断更新换代，以前，柴油机增压器涡轮普遍采用的材料是20Cr3MoWV(A)，但该材料仅适用于低速(40000r/min左右)较大型的增压器，随着增压器的转速越来越高、体积越来越小，柴油机排气温度有的达到750℃以上，该材料已不能满足增压器的使用要求。目前，一般汽车用增压器涡轮普遍采用K418镍基高温合金。

但是，K418镍基高温合金制成的增压器涡轮有很大局限性：

1)由于增压器涡轮的特殊工作环境，要求其耐高温、高压，一般在不低于750℃的工况下工作，对于高转速(小型增压器最高可达250000r/min)涡轮叶片经常会出现变形现象。

2)高温、高速时，涡轮叶片经常出现飞裂失效。

3)涡轮重量大，响应性不好，叶轮的惯性作用对油门骤时变化反应迟缓，涡轮出现“滞后响应”，汽车提速慢、提速烟度大。

4)镍基K418合金等金属材质表面经常成块积碳，在高速运转下动平衡失稳，另外，脱落下来的微小碳块在极高运转速度下高速撞击涡轮叶片，使叶片断裂失效。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种复相陶瓷材料，该复相陶瓷材料既具有常规陶瓷材料硬度大、强度高、耐高温、导热系数高和膨胀系数低的特性，又在很大程度上克服了陶瓷材料固有的脆性，韧性和可塑性显著增强，而且比重小。

本发明所要解决的另一个技术问题是：提供一种复相陶瓷材料的制造方法，该方法可以通过简单的步骤可以获得上述复相陶瓷材料。

为解决上述第一个技术问题，本发明的技术方案是：复相陶瓷材料，由下述重量百分比的成分组成，

ZrO₂   50～70％，

TiAl   10～20％，

Al₂O₃  10～20％，

Ti     3～8％，

Al     3～8％。

为解决上述第二个技术问题，本发明的技术方案是：复相陶瓷材料的制造方法，包括以下步骤，

按重量百分比分别称取50～70％的ZrO₂粉末、10～20％的TiAl粉末、10～20％的Al₂O₃粉末、3～8％的Ti粉末和3～8％的Al粉末，构成原料；

将所述原料进行混合和研磨，并进行干燥处理，得到混合粉末；

向混合粉末中加入塑化剂并混合均匀，制成易于流动的团粒；

将所述团粒陈放20~30小时；

向所述陈放后的团粒中加入粘结剂并混合均匀，制成糊状浆料，然后将其注射到模具中加压成型，获得具有所需形状的致密毛坯；

将所述毛坯放入烧结炉内进行烧结，烧结前先将烧结炉内抽取真空，烧结温度为1600℃~1800℃，保温时间为1~3小时。

采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：通过本发明所揭示的方法，可以制造出一种复相陶瓷材料，它与合金铸造成型的工艺不同，是先通过注射压型制成毛坯，然后再将毛坯进行烧结，最后成为坚硬的具有纤维结构的多晶烧结体。原料经过混合和研磨后，可以使原料中的各种成分以更小的粒径均匀分布，从而有利于烧结体的品质；将混合粉末加入塑化剂制成团粒，团粒易于流动，在注射压型时松装比减小，压缩比增大，有利于充填模具型腔，有利于提高坯体密度和密度分布的一致性。