[发明专利]氧化铝－碳氮化钛－钛镍复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种陶瓷复合材料及其制备方法，具体涉及一种氧化铝—碳氮化钛—钛镍复合材料及其制备方法。

背景技术

随着高、新技术的发展，机械加工业对刀具材料提出了更为严格而苛刻的要求。例如加工硬度更高的材料、更高的切削效率、精加工和实现无人操作等，这就要求提高刀具材料的强度、韧性、耐磨和耐热冲击性等。氧化铝陶瓷材料具有高熔点、高压缩强度和抗腐蚀性等特点，但由于Al₂O₃陶瓷材料脆大、抗拉强度低和耐冲击力差，所以作为刀具材料，要在实际中广泛应用，必须提高材料的机械性能。多年来各国相继提出多种增韧补强方法和先进的工艺技术。在陶瓷材料中添加增强相如：TiN、Ti(C，N)、TiB₂、SiC、(W，Ti)C、WC、Mo₂C、ZrO₂、Y₂O₃等成分，利用第二相、第三相材料进行颗粒弥散强化、纤维补强、晶须增韧、相变增韧或协同增韧补强提高陶瓷材料的性能。中国专利CN1911856A(公开日2007年2月14日)提供了一种碳化铬与碳氮化钛弥散强韧化氧化铝基复合材料及其制备方法。其组分的体积百分比为：5～30％Cr₃C₂，5～30％Ti(C，N)，0.2～2％Y₂O₃，0.2～1％MgO，其余为Al₂O₃。目的是通过Cr₃C₂和Ti(C，N)的作用同时提高材料的硬度。

发明内容

本发明目的是针对氧化铝/碳氮化钛(Al₂O₃/Ti(C，N))复合材料存在的缺陷，研制一种氧化铝—碳氮化钛—钛镍复合材料及其制备方法，提高陶瓷复合材料的综合性能，硬度、强度和韧性，进一步提供一种更适合机械工业用的刀具材料。

本发明研制的氧化铝—碳氮化钛—钛镍复合材料组分体积百分数为：Al₂O₃：60～94，Ti(C，N)：5～35，Ti+Ni：1～12。复合材料的综合性能为硬度HV为20～21GPa，强度为600～800MPa，断裂韧性7～9MPa·m^1/2。

本发明上述复合材料的制备方法，按如下步骤进行：

原料混合和干燥：

(1)将原料Al₂O₃粉末和TiCN粉末混合称为A混合粉末，与球磨介质、表面活性剂混合、球磨，其原料配比是：Al₂O₃粉末为60～94vol％，Ti(C_1-XN_X)粉末为5～35vol％，其中X＝0.3～0.7，表面活化剂加入量为原料Al₂O₃粉末和TiCN粉末总量的0～3vol％，球磨时间为12～24小时；球磨后的物料加入烘箱，在温度为60℃或120℃下，干燥24～48小时；

(2)将原料Ti粉末和Ni粉末混合称为B混合粉末与球磨介质混合、球磨、钛与镍原子配比为1∶1～1∶4，球磨时间12～24小时，然后放入真空烘箱内，在温度为60℃下干燥24～48小时；

(3)将步骤(1)和(2)混合干燥后的粉末，加入球磨介质混匀后，球磨12～24小时，然后放入真空烘箱内，在60℃干燥24～48小时，B混合粉末加入量为A和B两种混合粉末总量的1～12vol％，余量为A混合粉末；

粉末成形与烧结：

将步骤(3)处理后的混合粉末于热压炉中，在氩气保护下，温度为1400～1700℃，压力为25～35MPa下热压5～30分钟。

本发明采用的原料：Al₂O₃粉末：粒度d₅₀为0.1～10μm，纯度Al₂O₃含量＞99.9％；Ti(C_1-XN_X)：粒度d₅₀为0.1～10μm，含量＞99.9％，其中X＝0.3～0.7；Ti粉末：粒度d₅₀为0.1～10μm，纯度Ti含量＞99.9％；Ni粉末：粒度d₅₀为0.1～10μm，纯度含量＞99.9％。

所述的表面活性剂选用聚羧酸乙脂，球磨介质选用无水乙醇或去离子水。