CN101891479A - 多功能陶瓷复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多功能陶瓷复合材料及其制备方法，该陶瓷的性能优越，强度高。该制备方法工艺简单，生产成本低，能耗小，适于工业化生产。其各成分的重量百分含量为：SiC 25-35％，TiCN 25-35％，Si₃N₄ 5-10％，V₂O₅ 0.5-1.5％，BaO 1-2％，SiO₂ 4-6％，TiO₂ 2-5％，ZrO₂ 1-3％，La₂O₃ 0.10-0.15％，其余为Al₂O₃。

Description

多功能陶瓷复合材料及其制备方法

一、技术领域

本发明属于无机非金属材料领域，涉及一种既耐磨有有压敏性的多功能陶瓷复合材料及其制备方法。

二、技术背景

目前无机非金属材料领域中，对陶瓷的多功能性能受到了重视。

CN200710016886.9号申请涉及一种SiC-BN-C复合材料及其制备方法，其以Si₃N₄、B₄C和C为原料，各成分的重量百分含量分别为6.4％～63.8％、2.5％～24.9％和11.9％～91.1％。制备方法为：按上述重量百分含量取Si₃N₄粉、B₄C粉和C粉进行球磨湿混；立即将混好的物料烘干；将烘干的物料破碎后装入石墨模具中并预压；放入热压炉中，在真空或保护气氛中热压烧结，热压烧结温度为1700℃～2200℃，加压15～30MPa，保温保压30min～2h。或以含有挥发份的无定形碳为碳源，将混合烘干的物料破碎装入钢模具中并施加50～300MPa压力保压10min～2h；然后放入热压炉或气氛烧结炉中，在真空或保护气氛中烧结，温度升高到800℃～1400℃保温30min～2h，烧结温度为1800℃～2200℃，保温30min～2h。可以看出，制备时的烧结温度均很高，能源消耗大，制备成本高，无压敏性能。

CN200910089458.8号申请涉及一种高性能氧化锌复合陶瓷压敏电阻材料及制备方法，属于电子陶瓷制备及应用技术领域。该陶瓷以氧化锌为主相，采用氧化镨为非线性肇始相，并采用少量Co、Cr、Fe或W的氧化物为电位梯度和非线性增强剂，各组分摩尔百分含量如下：ZnO 80～95％，Pr₆O₁₁0.01～15％，CoO 0.01～10.0％，Cr₂O₃0.01～8.0％，Fe₂O₃0.0～5.0％，WO₃0.0～3.0％。所述材料制备方法依次包括“混料→高能球磨→烘干→混合整粒→过筛→模压成型→烧结→被银”工艺步骤。但该材料不能做结构陶瓷。

三、发明内容

本发明的目的就是针对上述技术缺陷，提供一种多功能陶瓷复合材料，该陶瓷的性能优越，强度高。

本发明的另一目的是提供上述多功能陶瓷复合材料的制备方法，该制备方法工艺简单，生产成本低，能耗小(烧结温度低)，适于工业化生产。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种多功能陶瓷复合材料，其各成分的重量百分含量为：SiC 25-35％，TiCN 25-35％，Si₃N₄5-10％，V₂O₅0.5-1.5％，BaO1-2％，SiO₂4-6％，TiO₂2-5％，ZrO₂1-3％，La₂O₃0.10-0.15％，其余为Al₂O₃；

一种多功能陶瓷复合材料制备方法，该方法包括以下步骤：

先按重量百分比SiC粉25-35％，TiCN粉25-35％，Si₃N₄粉5-10％，V₂O₅粉0.5-1.5％，BaO粉1-2％，SiO₂粉4-6％，TiO₂粉2-5％，ZrO₂粉1-3％，La₂O₃粉0.10-0.15％，其余为Al₂O₃粉进行配料，各粉料的粒度为500-800目；将上述粉料装入球磨机中，然后注水，注水重量和各粉料总重量比为1∶(1-1.3)；球磨湿混12h后取出烘干，烘干温度为160-210℃，然后将烘干的物料在球磨机中粉碎到270-500目装入模具中并施加50MPa压力，保压5min；然后放入电炉中烧结，先加热到550-600℃保温0.5-1h，然后再升温1450℃～1550℃，保温2-4h，之后随炉冷却便得到多功能陶瓷复合材料。

本发明相比现有技术的有益效果如下：

本发明的TiCN具有较低的内应力，比较高的韧性，具有良好的润滑性，以及高硬度、耐磨损等特性，因此形成多功能陶瓷复合材料的核心组元；

SiC是压敏材料的核心组元，因为SiC是良好的半导体材料。成份中的Ba离子和Ti离子可以调节SiC的半导性，因此BaO和TiO₂用于强化SiC的压敏性能。

此外，SiC的硬度很大，SiC和TiCN组合作用，保证多功能陶瓷复合材料的高硬度。另外SiC具有优良的导热性能，因此SiC赋予多功能陶瓷复合材料具有好的热震性；

Si₃N₄本身具有很好的耐磨性和热震性，因此Si₃N₄和SiC联合作用以强化多功能陶瓷复合材料具有好的热震性；

Si₃N₄、SiO₂、V₂O₅和Al₂O₃形成将SiC、TiCN粘结良好的复合材料基体，ZrO₂通过相变用于增加基体的韧性，CeO2细化复合材料基体晶粒，进一步强化复合材料的韧性。

所以，该多功能陶瓷复合材料(已烧结成和模具内腔形状一样的陶瓷产品零件。性能检测的就是陶瓷产品)不仅有优越普通力学性能如高的强度和韧性，而且具有好的热震性和耐磨作用，还具有良好的压敏性能。

本发明采用电炉加热，加热温度均匀。

本发明材料的性能见表1。

本发明制备工艺简便，烧结温度低，成本低，能耗低，环境协调性好，并且同时具有强度和韧性高、热震性好和耐磨性突出等综合性能。

四、附图说明

图1为本发明实施例一制得的多功能陶瓷复合材料的组织。

由图1可以看到在复合材料基体上分布的物相。

五、具体实施方式

以下各实施例仅用作对本发明的解释说明，其中的重量百分比均可换成重量g、kg或其它重量单位。

实施例一：

本发明多功能陶瓷复合材料制备过程：

各原料按重量百分比：SiC粉25％，TiCN粉25％，Si₃N₄粉5％，V₂O₅粉0.5％，BaO粉1％，SiO₂粉4％，TiO₂粉2％，ZrO₂粉1％，La₂O₃粉0.10％，其余为Al₂O₃粉进行配料，各粉料的粒度为500-800目；将上述粉料装入球磨机中，然后注水，注水重量和各粉料总重量比为1∶1；球磨湿混12h后取出烘干，烘干温度为160-210℃，然后将烘干的物料在球磨机中粉碎到270-500目装入模具中并施加50MPa压力，保压5min；然后放入电炉中烧结，先加热到550-600℃保温0.5-1h，然后再升温1450℃～1550℃，保温2-4h，之后随炉冷却便得到多功能陶瓷复合材料。

实施例二：

各原料按重量百分比：SiC 35％，TiCN 35％，Si₃N₄10％，V₂O₅1.5％，BaO 2％，SiO₂6％，TiO₂5％，ZrO₂3％，La₂O₃0.15％，其余为Al₂O₃进行配料，水重量和各粉料总重量比为1∶1.3，制备过程同实施例一。

实施例三：

各原料按重量百分比：SiC 30％，TiCN 30％，Si₃N₄₈％，V₂O₅0.9％，BaO 1.5％，SiO₂5％，TiO₂3％，ZrO₂2％，La₂O₃0.12％，其余为Al₂O₃进行配料，制备过程同实施例一。

实施例四：(原料成份配比不在本发明范围内的实例)

各原料按重量百分比：SiC 22％，TiCN 22％，Si₃N₄4％，V₂O₅0.4％，BaO 0.5％，SiO₂2％，TiO₂1％，ZrO₂0.5％，La₂O₃0.05％，其余为Al₂O₃进行配料，制备过程同实施例一。

实施例五：(原料成份配比不在本发明范围内的实例)

各原料按重量百分比：SiC 37％，TiCN 37％，Si₃N₄11％，V₂O₅1.6％，BaO 3％，SiO₂7％，TiO₂6％，ZrO₂4％，La₂O₃0.16％，其余为Al₂O₃进行配料，制备过程同实施例一。

下表为不同成份与配比的合金性能对照表：

表1

复合材料的这些组元超出本申请配比范围，材料的性能会降低。如SiC和TiCN组分不够，难以保证多功能陶瓷复合材料的高硬度和好的热震性。同时也削弱材料的压敏性能。SiC和TiCN组分过多，Si₃N₄、SiO₂、V₂O₅和Al₂O₃数量减少，不足以形成将SiC、TiCN粘结良好的复合材料基体，复合材料的强度会降低。ZrO₂和CeO2不够，韧性不足以强化；ZrO₂和CeO2过多，形成不必要的脆性化合物使增韧效果变差，反而增大材料的成本。BaO和TiO₂不够则不足于强化SiC的压敏性能，但过量同样也会形成不必要的脆性化合物使增韧效果变差。

Claims (2)

1.一种多功能陶瓷复合材料，其各成分的重量百分含量为：SiC 25-35％，TiCN25-35％，Si₃N₄5-10％，V₂O₅0.5-1.5％，BaO1-2％，SiO₂4-6％，TiO₂2-5％，ZrO₂1-3％，La₂O₃0.10-0.15％，其余为Al₂O₃。

2.一种多功能陶瓷复合材料制备方法，该方法包括以下步骤：

先按重量百分比SiC粉25-35％，TiCN粉25-35％，Si₃N₄粉5-10％，V₂O₅粉0.5-1.5％，BaO粉1-2％，SiO₂粉4-6％，TiO₂粉2-5％，ZrO₂粉1-3％，La₂O₃粉0.10-0.15％，其余为Al₂O₃粉进行配料，各粉料的粒度为500-800目；将上述粉料装入球磨机中，然后注水，注水重量和各粉料总重量比为1∶(1-1.3)；球磨湿混12h后取出烘干，烘干温度为160-210℃，然后将烘干的物料在球磨机中粉碎到270-500目装入模具中并施加50MPa压力，保压5min；然后放入电炉中烧结，先加热到550-600℃保温0.5-1h，然后再升温1450℃～1550℃，保温2-4h，之后随炉冷却便得到多功能陶瓷复合材料。

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