[发明专利]一种高强度高温钛陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高强度高温钛陶瓷及其制备方法，属于陶瓷生产技术领域。

背景技术

碳化钛陶瓷属面心立方晶体，具有机械强度大、化学稳定度高、热传导性号和良好的热震稳定性等，这些特性使它们在航空航天、汽车工业、机械加工、化工、光学以及能源等领域得到广泛应用。但碳化钛陶瓷加工困难，碳化钛是一种典型的共价键结合的稳定化合物，扩散系数较低，很难用常规的烧结方法达到致密化，必须通过添加一些烧结助剂以降低表面能或增加表面积，以及采用特殊工艺处理来获得致密的钛陶瓷，以提高其成品强度及成品产出率。

发明内容

本发明的目的是提供一种高强度高温的钛陶瓷。

为了实现本发明的目的，本发明通过以下方案实施:

一种高强度高温钛陶瓷，由下列重量份的原料制成:碳化钛85-115、氧化铝1-6、高岭土粉2-7、氧化锆粉0.6-2、氧化钙粉1.5-4、二氧化钛粉2-6、三氧化二锑粉1.5-3.5、碳纤维0.6-3、表面活性剂0.05-0.3、聚乙烯0.5-3、无水乙醇20-30、甘油2-5、去离子水65-75。

优选的，所述的高强度高温钛陶瓷由下列重量份的原料制成:碳化钛90-105、氧化铝2-4、高岭土粉4-6、氧化锆粉1-1.5、氧化钙粉2-3、二氧化钛粉3-5、三氧化二锑粉2.5-3、碳纤维1.6-2.5、表面活性剂0.05-0.2、聚乙烯1.5-2、无水乙醇26-28、甘油3-5、去离子水68-70。

优选的，所述的高强度高温钛陶瓷由下列重量份的原料制成:碳化钛100、氧化铝3、高岭土粉4.5、氧化锆粉1.2、氧化钙粉2.8、二氧化钛粉4.4、三氧化二锑粉2.9、碳纤维2.1、表面活性剂0.15、聚乙烯1.7、无水乙醇26、甘油4.6、去离子水68。

优选的，所述碳纤维的长度为4-8mm。

优选的，所述表面活性剂为单硬脂酸甘油酯、脂肪酸山梨坦、聚山梨酯、二辛基琥珀酸磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的一种或多种。

制备上述高强度高温钛陶瓷的方法，包括以下具体步骤:

(1)将碳化钛、氧化铝、高岭土粉、氧化锆粉、氧化钙粉、碳黑粉、二氧化钛粉、三氧化二锑粉、去离子水混合加到球磨罐中球磨60-90min，再加入聚乙烯、无水乙醇、甘油，以350-450rpm的转速进行混合40-60min；

（2）加入碳纤维、表面活性剂，转速降低至150-250rpm，继续球磨40-60min，将混合均匀的浆料在室温下抽气缓慢加到金属模具中，然后置于恒温箱中于700-750℃下保温30-50分钟后脱模，在室温下自然干燥至恒重；

(3)将步骤(2)得到的钛陶瓷素坯置入反应烧结炉中，将烧结炉抽真空，升温至1650-1680℃，恒温保持120-180min，试样随炉冷却至500℃；

(4)将试样移至热风炉中在200℃恒温下进行二次冷却30min，试样随炉冷却至室温即可得到高强度高温钛陶瓷。

优选的，所述球磨罐配备有高纯度氧化铝磨球。

优选的，步骤（3）中所述升温速率为30-40℃/min。

本发明的优点是：

（1）本发明添加的碳纤维可以提高碳化钛陶瓷的力学性能，提高陶瓷的断裂韧性，提高素坯的强度和致密度，满足机械加工要求添加的碳化钛进一步提高陶瓷的耐磨性，高岭土粉、氧化钙粉的添加可以提高陶瓷的耐高温性。

（2）本发明添加的氧化铝、氧化锆粉、碳黑粉提高了钛陶瓷的致密性和导热性，促进了碳化钛的结晶，提高成品率。

（3）本发明工艺简单，恒温箱脱模以及二次降温提高了陶瓷的均匀度和致密性，进一步的提高了陶瓷的强度，同时提高了烧结炉的利用效率，降低了能耗。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步详细描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

一种高强度高温钛陶瓷，由下列重量份的原料制成:碳化钛100、氧化铝3、高岭土粉4.5、氧化锆粉1.2、氧化钙粉2.8、二氧化钛粉4.4、碳黑粉2.5、三氧化二锑粉2.9、碳纤维2.1、表面活性剂0.15、聚乙烯1.7、无水乙醇26、甘油4.6、去离子水68。

其中，所述碳纤维的长度为4mm，所述表面活性剂为单硬脂酸甘油酯、十二烷基磺酸钠。

制备上述高强度高温钛陶瓷的方法，包括以下具体步骤: