[发明专利]金属陶瓷制造技术

说明书

本发明属于陶瓷材料制备技术领域。

常规热压法制造的Al₂O₃-TiC陶瓷和Al₂O₃-TiC基金属陶瓷用作刀具材料已有二十年历史，至今仍然是用量最大的陶瓷刀具，广泛用于调质钢、淬火钢、铸铁、石墨和胶皮等的加工。这类陶瓷是采用Al₂O₃和TiC等粉末经混合后热压制成的。这种工艺很难获得晶粒细小，相分布均匀的材料，成本高。

自蔓燃高温合成法(SHS)是利用反应放热制备材料的新技术，能耗低、工艺设备较简单，产品质量好。RACulter等采用SHS法制备了致密Al₂O₃-TiC陶瓷(“Synthesis and Densification of Oxide-CarbideComposites”,Ceram Eng.Sci.Proc.6[7-8],715-728,985).SHS法制备的Al₂O₃-TiC陶瓷的铁韧性比传统热压陶瓷的好。但是，陶瓷的脆性仍然限制了其广泛应用。

本发明的目的是利用SHS法制备Al₂O₃-TiC基金属陶瓷，加入金属添加剂，改善材料的韧性，扩大使用范围，降低成本。

本发明的构思是：采用SHS法合成Al₂O₃-TiC基体，同时加入金属粘结剂，形成组织均匀的金属陶瓷。在SHS反应过程中，同时形成Al₂O₃和TiC，它们的长大受到彼此的抑制。因此，可以获得晶粒细小、相分布均匀的组织。同时，添加粘结金属将Al₂O₃-TiC结合起来形成强度高韧性好的金属陶瓷。其详细叙述如下：

1．TiO₂、Al和C是主要的反应物料，按反应式形成基本成分Al₂O₃和TiC,Q是反应放热。在上述反应物料中，加入一种或二种铁族元素(Fe、CO、Ni)，作为金属粘结剂。同时，加入一种或二种第ⅥB族金属(Cr、Mo、W)，通过反应形成这些元素的碳化物与TiC的固溶体，以便改善铁族粘结金属对TiC的润湿性，为了促进Al₂O₃的烧结并抑制其晶粒长大，还加入少量MgO、NiO、TiO₂等氧化物。

2．在金属陶瓷中，陶瓷相的总量为80～95wt％，其中，TiC量为20～60wt％，通过加入Al₂O₃粉或过量TiO₂和C来调整Al₂O₃与TiC的比例。MgO和NiO,TiO₂的含量为0.1～1wt％。

3．在金属陶瓷中，金属添加剂的总量为5～20wt％。其中，铁族金属量为1～15wt％，以金属粉末的形成加入。第ⅥB元素的量为1-10wt％，以金属粉末或金属氧化物的形成加入。

4．AL₂O₃-TiC基金属陶瓷可通过如下工艺来制备。

(1)SHS-热压法：在物料发生SHS反应的同时进行热压，这种工艺工序少，成本低。

(2)SHS合成-破碎-热压：合成的物料经破碎成粉末后混料，进行热压。

(3)SHS合成-破碎-成型-烧结：合成的物料经破碎成粉末后混料、模压成型后烧结。

采用SHS法制造Al₂O₃-TiC基金属陶瓷，密度4.2～4.6/cm³，硬度Hv为18.0～20.0GPa，抗弯强度600～850MPa，断裂韧性K_ic4.5～6MPa.m^1/2刀具加工55钢(淬硬HRc50～55)，切削速度为110m/min，刀具磨损0.24mm时，切削时间为90min。

本发明的优点在于比传统热压AL₂O₃-TiC刀具寿命增长3倍，且工艺简单，成本低。

实例1：