CN102173757B - Al2O3-TiC-TiN陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及新材料技术领域，尤其是Al2O3-TiC-TiN陶瓷材料及其制备方法。制备Al2O3-TiC-TiN陶瓷材料的混合粉末成分质量比为：Al2O3 59.55％-60.21％；TiC 11.06％-22.36％；TiN 12.29％-24.31％；MgO 0.80％-0.81％；Ni 1.99％-2.02％；Mo 2.28％-2.31％。制备Al2O3-TiC-TiN的工艺路线为：(1)将按比例配制的Al2O3、TiC、TiN、MgO、Ni、Mo混合粉末装入缸式球磨机中，添加无水乙醇作为球磨介质，用氧化铝陶瓷球球磨48小时，真空干燥后用100目筛过筛；(2)将过筛后的配料装入上下封闭的石墨容器，再放入真空烧结炉内；(3)在升温速率70℃/min、压力32MPa、温度1700℃、保温10min条件下制备成Al2O3-TiC-TiN陶瓷材料。其合成的陶瓷材料的致密度高，抗弯强度为704.5MPa，断裂韧度为10.62MPa·m1/2，硬度为22.18GPa。本发明构思新颖，所制备的陶瓷材料强度和硬度高，韧性好，质量优良，加工工艺及设备简单，成本低，易于产业化。

Description

Al2O3-TiC-TiN陶瓷材料及其制备方法
一、技术领域
本发明涉及新材料技术领域，尤其是Al2O3-TiC-TiN陶瓷材料及其制备方法。
二、背景技术
通过多元复合的方法可以提高Al2O3基陶瓷材料的烧结性能，降低其烧结工艺的温度，使其在较低的温度下可以达到致密化，并且适当的材料组分、晶粒生长抑制剂和烧结工艺可以使晶粒细化，进而提高材料的力学性能。Al2O3陶瓷化学稳定性好、耐热和耐磨性能优异且价格低廉，在国内外研制的各类陶瓷刀具材料中一直占据着较大的份额。但是，断裂韧度低成为制约氧化铝陶瓷材料应用和发展的主要因素。
当前，Al2O3基陶瓷材料的制备方法有：无压烧结、热压烧结、热等静压、自蔓延高温合成技术、放电等离子体烧结和气压烧结等。传统制备工艺存在制备设备与工艺复杂，成本高，不利于产业化等不足之处。
三、发明内容
本发明的目的在于通过向基体中添加TiC和TiN的方法，在保持其高硬度的基础上，改善材料的强度和断裂韧度，克服普通氧化铝陶瓷材料力学性能低和传统工艺存在的缺陷，提供质量优良，工艺简单，成本低廉的Al2O3-TiC-TiN陶瓷材料及制备方法。
本发明的基本构思是将Al2O3、TiC、TiN、MgO、Ni、Mo粉末按照一定的比例混合，采用真空热压烧结法，在合适的升温速率、烧结压力、烧结温度和保温时间下，合成Al2O3-TiC-TiN陶瓷材料。
制备Al2O3-TiC-TiN陶瓷材料的混合粉末成分质量比为：Al2O3 59.55％-60.21％；TiC11.06％-22.36％；TiN 12.29％-24.31％；MgO 0.80％-0.81％；Ni 1.99％-2.02％；Mo2.28％-2.31％。
制备Al2O3-TiC-TiN的工艺路线为：(1)将按比例配制的Al2O3、TiC、TiN、MgO、Ni、Mo混合粉末装入缸式球磨机中，添加无水乙醇作为球磨介质，用氧化铝陶瓷球球磨48小时，真空干燥后用100目筛过筛；(2)将过筛后的配料装入上下封闭的石墨容器，再放入真空烧结炉内；(3)在升温速率70℃/min、压力32MPa、温度1700℃、保温10min条件下制备成Al2O3-TiC-TiN陶瓷材料。
其合成的陶瓷材料的致密度高，抗弯强度为704.5MPa，断裂韧度为10.62MPa·m1/2，硬度为22.18GPa，。
本发明构思新颖，利用真空热压烧结法所制备的陶瓷材料强度和硬度高，韧性好，质量优良，能满足现代加工工艺对刀具、工具和模具材料的性能要求；加工工艺及设备简单，成本低，易于产业化。
四、实施例：
按实施例附表中所列的组成成份，将混合粉末装入缸式球磨机中，用氧化铝陶瓷球球磨48小时，真空干燥后用100目筛过筛后，装入上下封闭的石墨容器中，在升温速率70℃/min、压力32MPa、温度1700℃、保温10min条件下制备而成。
实施例附表
Figure BSA00000436478200021

Claims (2)

1.热压烧结Al2O3-TiC-TiN陶瓷材料，其特征在于：制备Al2O3-TiC-TiN陶瓷材料的混合粉末成分质量比为：Al2O3 59.55%-60.21%；TiC 11.06%-22.36%；TiN 12.29%-24.31%；MgO 0.80%-0.81%；Ni 1.99%-2.02%；Mo 2.28%-2.31%；制备Al2O3-TiC-TiN的工艺路线为：(1)将按上述比例配制的Al2O3、TiC、TiN、MgO、Ni、Mo混合粉末装入缸式球磨机中，添加无水乙醇作为球磨介质，用氧化铝陶瓷球球磨48小时，真空干燥后用100目筛过筛；(2)将过筛后的配料装入上下封闭的石墨容器，再放入真空烧结炉内；(3)在升温速率70℃/min、压力32MPa、温度1700℃、保温10min条件下制备成Al2O3-TiC-TiN陶瓷材料。
2.制备权利要求1所述的热压烧结Al2O3-TiC-TiN陶瓷材料的方法，其步骤为：(1)将按比例配制的Al2O3、TiC、TiN、MgO、Ni、Mo混合粉末装入缸式球磨机中，添加无水乙醇作为球磨介质，用氧化铝陶瓷球球磨48小时，真空干燥后用100目筛过筛；(2)将过筛后的配料装入上下封闭的石墨容器，再放入真空烧结炉内；（3）在升温速率70℃/min、压力32MPa、温度1700℃、保温10min条件下制备成Al2O3-TiC-TiN陶瓷材料。
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