CN101812622B - 含粘结剂的陶瓷-金属间化合物复合材料及制备方法 - Google Patents

含粘结剂的陶瓷-金属间化合物复合材料及制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101812622B
CN101812622B CN2010191000084A CN201019100008A CN101812622B CN 101812622 B CN101812622 B CN 101812622B CN 2010191000084 A CN2010191000084 A CN 2010191000084A CN 201019100008 A CN201019100008 A CN 201019100008A CN 101812622 B CN101812622 B CN 101812622B
Authority
CN
China
Prior art keywords
powder
ceramic
composite material
metal
situ
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN2010191000084A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101812622A (zh
Inventor
王慧远
姜启川
吕思婕
邱丰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jilin University
Original Assignee
Jilin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jilin University filed Critical Jilin University
Priority to CN2010191000084A priority Critical patent/CN101812622B/zh
Publication of CN101812622A publication Critical patent/CN101812622A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101812622B publication Critical patent/CN101812622B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Ceramic Products (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

本发明涉及一种含粘结剂的陶瓷-金属间化合物复合材料及制备方法。金属粘结剂为总量的重量百分比小于20，原位陶瓷颗粒为TiB2和TiC中的一种或两种，总量的重量百分比小于20，两者的总量的重量百分比小于40。制备步骤：1)将Cu、Ni、Fe、Al、Cr、B、C、Si和Ti粉作为反应物，按照一定比例混合并压制成坯；2)将压坯在氩气氛围中采用电阻丝加热进行预热；随后继续利用电阻热进行加热，直至其发生燃烧合成反应；3)反应结束后，进行加压，使之致密化，形成含金属粘结剂的原位陶瓷增强金属间化合物复合材料。优点是复合材料具有高强度，高硬度等优异性能，且制备工艺简便、设备简单、能耗低，易于推广应用。

Description

含粘结剂的陶瓷-金属间化合物复合材料及制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料领域，特别是涉及一种添加金属粘结剂的原位陶瓷增强金属间化合物复合材料及其制备方法。
背景技术
难熔Ti5Si3是一种高温金属间化合物，因具有很好的热力学稳定性、良好的高温强度和抗蠕变性能，及优良的高温抗氧化能力和耐腐蚀性能而备受关注。然而，阻碍Ti5Si3应用的最大难题在于其极低的室温脆性和断裂韧性。经众多科技工作者的研究发现，合金化和复合化是解决Ti5Si3脆性问题的有效途径。目前，虽然有关进行有效合金化和复合化以期解决材料脆性研究较多，但是以金属作为粘结剂的原位陶瓷增强金属间化合物复合材料的研究相对较少。发表在“Scripta Materialia，1998，38：307-313”和“Acta Materialia，1998，46：3535-3546”上的研究论文表明由于固溶强化作用，添加Nb或Cr形成(Ti，M)5Si3固溶体可使材料的机械性能明显提高。发表在“Metallurgical and Materials Transactions A，1998，29：1629-1641.”的研究论文显示，体积百分比为20的TiC和Ti5Si3的复合材料的断裂韧性约为4.1MPa·m1/2，这比单相Ti5Si3的室温断裂韧性提高了近一倍；此外，陶瓷TiB2、TiC具有高熔点、高硬度、低密度和良好的导热性等优异性能，因此，TiB2和TiC非常适合作为Ti5Si3的增强体。
发明内容
本发明的目的是提供一种工艺简便、能耗低，且易于推广应用的一种含粘结剂的陶瓷-金属间化合物复合材料及制备方法。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现：在高纯氩气的保护下，将一定比例的由Cu粉、Ni粉、Fe粉、Al粉、Cr粉、B粉、C粉、Si粉和Ti粉组成的反应物压坯放置在燃烧合成装置内进行燃烧合成反应。在反应结束后，对压坯进行加压致密化，继而制备出添加金属粘结剂的原位陶瓷增强金属间化合物复合材料。具体工艺过程包括压坯的制备和反应形成含金属粘结剂的原位陶瓷增强金属间化合物复合材料两个阶段。
一种含粘结剂的陶瓷-金属间化合物复合材料，复合材料由金属粘结剂、原位陶瓷颗粒和金属间化合物Ti5Si3组成；所述金属粘结剂为Cu、Ni、Fe、Al、Cr中的一种或几种，其中，金属粘结剂含量重量百分比为：Cu 1-15，Ni 0-5.0，Fe 0-5.0，Al 0-3.0，Cr 0-5.0，且金属粘结剂的总量的重量百分比小于20；所述原位陶瓷颗粒为TiB2和TiC中的一种或两种组成，其中，原位陶瓷颗粒含量的重量百分比为：TiB2 1-15，TiC 0-5，且原位陶瓷颗粒的总量的重量百分比小于20；金属粘结剂和原位陶瓷颗粒的总量的重量百分比小于40，其余为金属间化合物Ti5Si3。
所述的原位陶瓷颗粒TiB2和TiC是由B粉、C粉和Ti粉通过化学反应原位形成，Ti5Si3金属间化合物是由Ti粉和Si粉通过化学反应形成，原位陶瓷颗粒和金属间化合物之间的结合为冶金结合。
所述的原位陶瓷颗粒TiB2的形状为六棱柱状，TiC的形状为近球状，且二者的尺寸均为亚微米级。
所述的金属粘结剂的最佳重量百分比为5-10，原位陶瓷颗粒的最佳重量百分比为3-10。
一种用于上述的含粘结剂的陶瓷-金属间化合物复合材料的制备方法，该复合材料的制备过程包括以下步骤：
1)压坯制备：
a.压坯组成：由粉料粒度小于45微米的Cu粉、Ni粉、Fe粉、Al粉、Cr粉、B粉、C粉、Si粉和Ti粉组成，其中，金属粘结剂含量重量百分比为：Cu 1-15，Ni 0-5.0，Fe 0-5.0，Al 0-3.0，Cr 0-5.0，B粉的重量百分比为0.31-4.67，C粉的重量百分比为0-1.00，Si的重量百分比为15.62-25.52，其余为Ti粉；
b.粉料混合：按照上述比例称取粉料，并装入球磨机中混料6～8小时，使之混合均匀；
c.压坯成型：把混合均匀的粉料放入模具中，压制成型，且压坯紧实率为65～75％；
2)反应形成添加金属粘结剂的原位陶瓷增强金属间化合物复合材料：
a.预热：将反应物压坯放置在燃烧合成装置中，抽真空后通入1个大气压的高纯氩气进行保护，用电阻丝将反应物压坯加热到500-600度进行预热，并保温20-30分钟；
b.反应：继续利用电阻热对压坯进行加热，直至其发生燃烧合成反应；
c.致密化：在燃烧合成反应结束后，对压坯施加20-30兆帕的压力，并保压5-25分钟，使之致密化，形成添加金属粘结剂的原位陶瓷颗粒增强金属间化合物复合材料；
本发明与目前现有的技术相比具有以下特点：
本发明提供一种工艺简单可靠、节省能源且易于推广应用的添加金属粘结剂的原位陶瓷增强金属间化合物复合材料及其制备方法；
1)添加金属组元能有效减小晶粒尺寸，且反应结束后作为粘结剂，存在于晶粒之间，改善晶粒的链接方式，有利于降低材料的室温脆性。
2)复合材料中原位陶瓷颗粒和金属间化合物为冶金结合，界面干净，结合良好。
具体实施方式
实施例一
1)将粉料粒度小于45微米的Cu粉、B粉、Si粉和Ti粉组成按表1所示的比例称取，并装入球磨机中混料6～8小时，使之混合均匀；然后把粉料放入模具中，压制成坯，压坯紧实率为65～75％；
2)将压坯放置在燃烧合成装置中，抽真空后通入1个大气压的高纯氩气进行保护，用电阻丝将反应物压坯加热到500-600度进行预热，并保温25分钟；
3)继续利用电阻热对反应物压坯加热，直至其发生燃烧合成反应；
4)在燃烧合成反应结束后，对压坯施加20-30兆帕的压力，并保压5-25分钟，使之致密化，从而制备出添加金属粘结剂的原位陶瓷增强金属间化合物复合材料。
表1 反应物粉料配制比例
Figure GSA00000029208500031
实施例二
1)将粉料粒度小于45微米的Cu粉、Ni粉、Al粉、B粉、C粉、Si粉和Ti粉组成按表2所示的比例称取，并装入球磨机中混料6～8小时，使之混合均匀；然后把粉料放入模具中，压制成坯，压坯紧实率为65～75％；
2)将压坯放置在燃烧合成装置中，抽真空后通入1个大气压的高纯氩气进行保护，用电阻丝将反应物压坯加热到500-600度进行预热，并保温25分钟；
3)继续利用电阻热对反应物压坯加热，直至其发生燃烧合成反应；
4)在燃烧合成反应结束后，对压坯施加20-30兆帕的压力，并保压5-25分钟，使之致密化，从而制备出添加金属粘结剂的原位陶瓷增强金属间化合物复合材料。
表2 反应物粉料配制比例
Figure GSA00000029208500041

Claims (5)

1.一种含粘结剂的陶瓷-金属间化合物复合材料，其特征在于，复合材料由金属粘结剂、原位陶瓷颗粒和金属间化合物Ti5Si3组成；所述金属粘结剂为Cu、Ni、Fe、Al、Cr中的一种或几种，其中，金属粘结剂含量重量百分比为：Cu 1-15，Ni 0-5.0，Fe 0-5.0，Al 0-3.0，Cr 0-5.0，且金属粘结剂的总量的重量百分比小于20；所述原位陶瓷颗粒为TiB2和TiC中的一种或两种组成，其中，原位陶瓷颗粒含量的重量百分比为：TiB2 1-15，TiC 0-5，且原位陶瓷颗粒的总量的重量百分比小于20；金属粘结剂和原位陶瓷颗粒的总量的重量百分比小于40，其余为金属间化合物Ti5Si3。
2.根据权利要求1所述的含粘结剂的陶瓷-金属间化合物复合材料，其特征在于，所述的原位陶瓷颗粒TiB2和TiC是由B粉、C粉和Ti粉通过化学反应原位形成，Ti5Si3金属间化合物是由Ti粉和Si粉通过化学反应形成，原位陶瓷颗粒和金属间化合物之间的结合为冶金结合。
3.根据权利要求1所述的含粘结剂的陶瓷-金属间化合物复合材料，其特征在于，所述的原位陶瓷颗粒TiB2的形状为六棱柱状，TiC的形状为近球状，且二者的尺寸均为亚微米级。
4.根据权利要求1所述的含粘结剂的陶瓷-金属间化合物复合材料，其特征在于，所述的金属粘结剂的最佳重量百分比为5-10，原位陶瓷颗粒的最佳重量百分比为3-10。
5.一种权利要求1所述的含粘结剂的陶瓷-金属间化合物复合材料的制备方法，其特征在于，该复合材料的制备过程包括以下步骤：
1)压坯制备：
a.压坯组成：由粉料粒度小于45微米的Cu粉、Ni粉、Fe粉、Al粉、Cr粉、B粉、C粉、Si粉和Ti粉组成，其中，金属粘结剂含量重量百分比为：Cu 1-15，Ni 0-5.0，Fe 0-5.0，Al 0-3.0，Cr 0-5.0，B粉的重量百分比为0.31-4.67，C粉的重量百分比为0-1.00，Si的重量百分比为15.62-25.52，其余为Ti粉；
b.粉料混合：按照上述比例称取粉料，并装入球磨机中混料6～8小时，使之混合均匀；
c.压坯成型：把混合均匀的粉料放入模具中，压制成型，且压坯紧实率为65～75％；
2)反应形成添加金属粘结剂的原位陶瓷增强金属间化合物复合材料：
a.预热：将反应物压坯放置在燃烧合成装置中，抽真空后通入1个大气压的高纯氩气进行保护，用电阻丝将反应物压坯加热到500-600℃进行预热，并保温20-30分钟；
b.反应：继续利用电阻热对压坯进行加热，直至其发生燃烧合成反应；
c.致密化：在燃烧合成反应结束后，对压坯施加20-30兆帕的压力，并保压5-25分钟，使之致密化，形成添加金属粘结剂的原位陶瓷颗粒增强金属间化合物复合材料。
CN2010191000084A 2010-02-08 2010-02-08 含粘结剂的陶瓷-金属间化合物复合材料及制备方法 Expired - Fee Related CN101812622B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2010191000084A CN101812622B (zh) 2010-02-08 2010-02-08 含粘结剂的陶瓷-金属间化合物复合材料及制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2010191000084A CN101812622B (zh) 2010-02-08 2010-02-08 含粘结剂的陶瓷-金属间化合物复合材料及制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101812622A CN101812622A (zh) 2010-08-25
CN101812622B true CN101812622B (zh) 2011-07-20

Family

ID=42619989

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2010191000084A Expired - Fee Related CN101812622B (zh) 2010-02-08 2010-02-08 含粘结剂的陶瓷-金属间化合物复合材料及制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101812622B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103266318B (zh) * 2013-06-17 2016-02-24 铜陵学院 一种基于熔点差异的激光熔覆多层涂层一步强化加工方法
CN104911430B (zh) * 2015-06-15 2017-03-15 河源正信硬质合金有限公司 一种低压原位合成防锈金属陶瓷复合材料及其制备方法
CN105950949A (zh) * 2016-05-06 2016-09-21 陈昌 一种陶瓷增强金属基复合材料及其制备方法
CN108034851A (zh) * 2017-12-21 2018-05-15 湖北工业大学 一种原位合成TiC增强铜基复合材料及其制备方法和应用
CN113073222A (zh) * 2021-03-26 2021-07-06 西安石油大学 一种Nb5Si3/SiC复合材料及其热压烧结制备方法
CN114807723B (zh) * 2022-04-13 2023-01-17 北京科技大学 一种金属陶瓷复合涂层及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1344810A (zh) * 2001-09-26 2002-04-17 北京科技大学 一种制备碳化硅颗粒增强二硅化钼基复合材料的原位复合方法
CN1560303A (zh) * 2004-03-02 2005-01-05 湖南科技大学 一种添加多种元素综合提高MoSi2基复合材料硬度和断裂韧性的制备方法
CN1611623A (zh) * 2003-10-30 2005-05-04 中国科学院兰州化学物理研究所 镍硅基金属间化合物复合材料及其制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1344810A (zh) * 2001-09-26 2002-04-17 北京科技大学 一种制备碳化硅颗粒增强二硅化钼基复合材料的原位复合方法
CN1611623A (zh) * 2003-10-30 2005-05-04 中国科学院兰州化学物理研究所 镍硅基金属间化合物复合材料及其制备方法
CN1560303A (zh) * 2004-03-02 2005-01-05 湖南科技大学 一种添加多种元素综合提高MoSi2基复合材料硬度和断裂韧性的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN101812622A (zh) 2010-08-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101812622B (zh) 含粘结剂的陶瓷-金属间化合物复合材料及制备方法
US9869006B2 (en) Intermetallic compound ultrafine particle reinforced metal-based composite material and preparation method thereof
CN101555137B (zh) (TiB2+TiC)/Ti3SiC2复相陶瓷材料及其制备方法
CN102219536B (zh) 一种B4C/SiC晶须/SiC复相陶瓷基复合材料及其制备方法
CN110257684B (zh) 一种FeCrCoMnNi高熵合金基复合材料的制备工艺
CN103572084B (zh) 一种含氧的钛基合金的粉末冶金制备方法
CN108220642A (zh) 一种CoCrCuFeMoNi高熵合金颗粒增强铜基复合材料的制备方法
CN104525949B (zh) 一种高耐磨铜基摩擦复合材料及其制备方法
CN102173802B (zh) 一种原位(TiB2+SiC)/Ti3SiC2复相陶瓷材料及其制备方法
CN103938006B (zh) 耐铝液腐蚀金属陶瓷材料的制备方法
US5773733A (en) Alumina-aluminum nitride-nickel composites
CN101984112A (zh) 一种高热导率铜增强铝复合材料及其制备方法
CN110499442A (zh) 一种高强度抗腐蚀Cr3C2基轻质金属陶瓷合金及其制备方法
CN104294071A (zh) 一种低温玻璃相增强的SiCp/Cu复合材料及其制备方法
CN105039842B (zh) 一种耐高温耐磨金属铁与氧化铝陶瓷复合材料及其制备方法
CN101781733A (zh) 铜铁基粉末烧结金刚石复合材料及其制备方法
CN109321773A (zh) 一种石墨烯/Ti6Al4V复合材料及其制备方法
CN101880814B (zh) 一种耐磨导电导热材料及其制备方法
CN106800413B (zh) 一种钇铝碳陶瓷材料的制备方法
CN102557644A (zh) 一种以钛铝碳作为烧结助剂制备二硼化钛陶瓷的方法
CN102249697B (zh) 反应助剂促进烧结硼化钛陶瓷的方法
CN112725663B (zh) 一种陶铝复合粉体及其制备方法
CN103938050B (zh) 耐铝液腐蚀高密度金属陶瓷材料
CN109956754B (zh) 石墨烯纳米片增韧TiB2基陶瓷刀具材料及其制备工艺
CN107619290A (zh) 一种碳纳米管增强二硼化锆陶瓷基复合材料的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20110720

Termination date: 20200208

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee