[发明专利]一种高强度陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及陶瓷材料技术领域，更具体地，涉及一种高强度陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

复合陶瓷材料具有硬度高、耐磨性好、热化学稳定性强、熔点高等特点，特别适用于制作加工刀具。用复合陶瓷材料制造的刀具在高温下仍能进行高速切削，与钢铁等金属的亲和力小，摩擦系数低，抗粘结和抗扩散能力强，切削时不易粘刀及产生积屑瘤，工件的加工表面质量好，这些特点使得复合陶瓷刀具特别适合于加工各种难加工材料。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。

本发明的首要目的是提供一种高强度陶瓷材料，这种陶瓷材料硬度高、韧性好，并且具有良好的高温稳定性。

本发明的进一步目的是提供一种高强度陶瓷材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

提供一种高强度纳米复合陶瓷材料，按重量百分比包括以下组分：纳米ZrO₂ 3~4份、亚微米Al₂O₃ 42~44份、纳米TiC 32~38份、纳米BN 2.5~3份以及纳米B₄C 2~3份、固体润滑剂1.5~4.5份，余量为纳米ZnO。

氧化锆（ZrO₂）材料本身具有高硬度、高强度、高韧性、极高的耐磨性及耐化学腐蚀性等优良的物化性能，在陶瓷、耐火材料、机械、电子、光学、光纤通信、钟表饰品、航空航天、生物、化学等各种领域获得广泛的应用；而氧化铝（Al₂O₃）本身也具备机械强度高、硬度大、高频介电损耗小、高温绝缘电阻高、耐化学腐蚀性和导热性良好等优良综合技术性能。氧化锆和氧化铝均可用在陶瓷领域，但是其简单的复合组成并不能得到性能良好的陶瓷材料。

本发明氧化锆和氧化铝性能的基础上，采用其纳米或亚微米级材料，复合添加纳米碳化钛（TiC）、纳米氮化硼（BN）和纳米碳化硼（B₄C）得到高强度纳米复合陶瓷材料，碳化钛具有高硬度、高熔点和耐磨损的性能，氮化硼耐高温，碳化硼脆性低且耐磨，经试验证明，将上述材料与氧化锆和氧化铝复合得到的陶瓷材料，即本发明的这种纳米复合陶瓷材料具有高硬度、高强度、高断裂韧度及耐高温等优良性能，适合陶瓷工艺中要求高性能的产品的制造加工，特别适用于制作加工高强度的刀具。

优选地，按重量百分比包括以下组分：按重量百分比包括以下组分：纳米ZrO₂ 3.5份、亚微米Al₂O₃ 43份、纳米TiC 35份、纳米BN 2.8份以及纳米B₄C 2.5份、固体润滑剂3份，余量为纳米ZnO。

作为改进，按重量百分比还包括固体润滑剂1.5~4.5份。固体润滑剂是指用以分隔摩擦副对偶表面的一层低剪切阻力的固体材料。对于这类材料，除了要求具有低剪切阻力外，与基底表面之间还应具备较强的键联力，也就是说，载荷由基底承受，而相对运动发生在固体润滑剂内。在切削加工过程中，为了避免剧烈摩擦带来的加工表面质量恶化，而切削液在高温的作用下会发生性能衰减的情况，故添加固体润滑剂解决上述问题。

可选地，所述固体润滑剂为层状固体材料、无机化合物、软金属或高分子聚合物。

本发明还提供一种如上所述高强度纳米复合陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

S1. 配料：按重量百分比进行配料：纳米ZrO₂ 3~4份、亚微米Al₂O₃ 42~44份、纳米TiC 32~38份、纳米BN 2.5~3份以及纳米B₄C 2~3份、固体润滑剂1.5~4.5份，余量为纳米ZnO；

S2. 分散纳米颗粒：将称重后的配料配制成悬浮液，然后超声搅拌至均匀；

S3. 将步骤S2的各颗粒复合，在球磨机上球磨混合均匀，经真空干燥得到原料粉末；

S4. 将混合好的原料粉末装入石墨模具中，采用热压烧结工艺进行制备，得到纳米复合陶瓷材料。

优选地，步骤S4中，烧结温度为1500~1700℃，保温时间40min。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：