[发明专利]一种不锈钢与陶瓷的复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种不锈钢与陶瓷的复合材料，具体涉及一种由陶瓷、纯金属和304不锈钢复合的材料。

背景技术

不锈钢和陶瓷材料是工业和生活中应用极为广泛的两种材料，不锈钢材料耐酸碱腐蚀性好、拉伸、抗弯、抗冲击等力学性能佳，陶瓷材料则硬度高、耐磨性好，两种材料因具备不同的特性，往往应用于不同领域。近年来，许多学者都在研究将不锈钢与陶瓷材料结合，形成新的复合材料，使之既具备不锈钢的优点又能够兼具陶瓷材料的特性。

申请号为201010568591.4的名为《不锈钢与氧化铝陶瓷的连接方法及制得的连接件》的中国专利中，提供了一种在不锈钢与氧化铝陶瓷之间设置一层滤波作为连接介质，通过固相扩散的方式，用热压烧结炉将上述材料结合成一体。该方法工艺复杂，且还需要用到大量的金属银，造价极高。

发明内容

304不锈钢是不锈钢系列中应用广泛的一种，因其加工性能好、韧性高，广泛用于工业、家具装饰行业和食品医疗行业。本发明提供了一种以304不锈钢作为基材的复合材料，使304不锈钢与氧化锆陶瓷能够有效接合，形成新的复合材料。

本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现：

一种不锈钢与陶瓷的复合材料，包括陶瓷层、缓冲层和304不锈钢层，所述陶瓷层由重量百分数为32wt%氧化钡、55wt%氧化锆、13wt%氧化硼所烧制而成的复合体系陶瓷、缓冲层为Nb金属层、Mo金属层中的一种；陶瓷层、缓冲层和304不锈钢层依次叠加，通过感应加热使三者融合成一体。

陶瓷层和不锈钢层无法通过现有技术很好的接合在一起，在两者之间设置一层纯金属的缓冲层，感应加热后既可以将陶瓷层和不锈钢层有机结合在一起，而且当该复合材料作为结构件进行使用时，缓冲层可作为缓冲地带，吸收外部的击打能量，提升本发明中复合材料的力学性能。

氧化锆陶瓷具有高韧性、高抗弯强度、高耐磨性和优异的隔热性能，最重要的是其热膨胀系数接近钢材，所以氧化锆陶瓷在与304不锈钢形成的复合材料使用时结合力好，在遇到高温环境时，该复合材料不会因为热膨胀系数的差异在接合处出现裂缝，从而导致材料失效。同时，氧化锆陶瓷为纯白色，极易调色，可结合复合材料的需要改变陶瓷层的颜色，满足多种颜色的需求。氧化锆中添加氧化钡可进一步改善陶瓷的力学性能，同时改善陶瓷的表面状态，使陶瓷表面吸附力更强，从而增强与金属之间的结合力。氧化硼为网络生成体氧化物，具有良好的助熔性，可使本发明中的陶瓷体系更加稳定。经本发明的发明人验证，当氧化钡、氧化锆和氧化硼的所占的质量百分比分别为32%、55%、13%时，不仅与金属结合力强，而且力学性能最佳。

进一步地，所述陶瓷层中还可添加重量百分比为15-20%的氧化铪。氧化锆陶瓷陶瓷原料中往往含有一定量的氧化铪，本发明的发明人发现添加15-20%的氧化铪后，氧化锆陶瓷烧制后的孔隙率会增大，陶瓷的表面活性会有所增强，可使得氧化锆陶瓷层与纯金属缓冲层结合的更为紧密。

Nb和Mo元素都是不锈钢中的常用添加元素，Nb和Mo纯金属具备优良的耐蚀性和稳定性，许多不同牌号的不锈钢中多添加这两种元素以改善不锈钢的性质。在本发明中，利用了Nb和Mo纯金属与304不锈钢的良好融合性，选用这两种金属可使后续感应加热过程中，不锈钢与纯金属缓冲层结合的更为紧密。

本发明中使用的陶瓷层在烧制的过程中可选用4%的Dy₂O₃作为烧结助剂。Dy₂O₃烧结助剂可有效提升陶瓷层的煅烧效率，并且可以增大复合陶瓷体系的孔隙率，使陶瓷层与纯金属缓冲层在感应加热的过程中接合的更为紧密。

进一步优选，当陶瓷层、缓冲层和不锈钢层的厚度皆为3-5mm时，三种材料能够最为紧密的接合，尤其当陶瓷层、缓冲层和不锈钢层的厚度皆为4mm时，所制备出的复合材料结合紧密，抗冲击性能佳。