CN103074534A - 一种金属陶瓷的制备方法 - Google Patents

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李江涛
刘光华
杨增朝
柴豫
李国斌
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Abstract

本发明属于无机材料制备技术领域，特别涉及一种金属陶瓷的制备方法。本发明利用铝热反应原位生成金属熔体，并使金属熔体在超重力场作用下渗入多孔陶瓷坯体中，最终形成致密的金属陶瓷。本发明与现有技术相比，本发明的制备方法不需使用外部加热设备进行长时间热处理，可显著缩短金属陶瓷的制备周期，并大幅度降低能耗。

Description

一种金属陶瓷的制备方法
技术领域
本发明属于无机材料制备技术领域，特别涉及一种金属陶瓷的制备方法。
背景技术
金属陶瓷是金属与陶瓷共同组成的一种复合材料，它具有优良的力学性能，在工业上有着广泛的应用。
目前，金属陶瓷主要通过粉末冶金或真空浸渗的方法进行制备。粉末冶金法是将金属和陶瓷粉末均匀混合后，进行长时间高温烧结。真空浸渗法是通过感应加热炉、电阻熔炼炉等加热设备将金属熔化，在真空状态下使金属熔体浸渗到多孔陶瓷坯体中。这两种方法都需要通过外部加热手段进行长时间热处理，生产周期长，能耗较大。
发明内容
本发明的目的是利用铝热反应原位生成金属熔体，并使金属熔体在超重力场作用下渗入到多孔陶瓷坯体中，从而提供一种最终能够形成致密的金属陶瓷的制备方法。
本发明的金属陶瓷的制备方法包括以下步骤：
（1）配制铝热反应剂
将Al粉和MxOy粉末混合均匀的一种以上的混合物料充分干燥，配制成铝热反应剂；其中，Al粉和MxOy粉末按照Al:MxOy=2y:3的摩尔比混合，2y中的y为每摩尔MxOy中所含的氧原子的总摩尔数；MxOy代表金属氧化物，选自NiO、Fe2O3、Cr2O3、CrO3、MoO3、WO3中的一种；
（2）超重力场中熔渗
将步骤（1）配制好的铝热反应剂压制成孔隙率为45%≤孔隙率≤65%的压块，然后置于多孔陶瓷坯体上后一起放入石墨坩埚内，在超重力场中引发铝热反应剂发生剧烈的燃烧反应，反应完成后，得到的产物自然分离为两层（上层为氧化铝，下层为金属陶瓷），除去上层的氧化铝，得到的下层即为所述的金属陶瓷。所得到的金属陶瓷的相对致密度不低于95%。
所述的多孔陶瓷坯体的孔隙率为10%≤孔隙率≤80%。所述的多孔陶瓷坯体的孔径优选为0.5～500μm。
所述的在超重力场中引发铝热反应剂发生剧烈的燃烧反应，是采用钨丝通电的加热方式引发铝热反应剂发生剧烈的燃烧反应。
所述的超重力场是通过高速离心产生，其加速度为2000～50000m/s2。
本发明与现有技术相比，本发明的制备方法不需使用外部加热设备进行长时间热处理，可显著缩短金属陶瓷的制备周期，并可大幅度降低能耗。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合具体实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明不应视为仅局限于下面的实施例。
实施例1.
将Al粉和NiO粉末按照Al:NiO=2:3的摩尔比混合均匀并充分干燥，制得铝热反应剂；将铝热反应剂压制成孔隙率为55%的压块，然后置于孔隙率为60%的平均孔径为3μm的WC多孔陶瓷坯体上后一起放入石墨坩埚内；在加速度为10000m/s2的高速离心所产生的超重力场中采用钨丝通电的加热方式引发铝热反应剂发生剧烈的燃烧反应；反应完成后，得到的产物自然分离为两层，上层为氧化铝，下层为金属陶瓷，除去上层的氧化铝，即得WC/Ni金属陶瓷。使用分析天平，依据阿基米德法进行测试表明，所制备的WC/Ni金属陶瓷的相对致密度为98%。
实施例2.
将Al粉和Fe2O3粉末按照Al:Fe2O3=2:1的摩尔比混合均匀并充分干燥，制得铝热反应剂；将铝热反应剂压制成孔隙率为45%的压块，然后置于孔隙率为10%的平均孔径为500μm的TiC多孔陶瓷坯体上后一起放入石墨坩埚内；在加速度为2000m/s2的高速离心所产生的超重力场中采用钨丝通电的加热方式引发铝热反应剂发生剧烈的燃烧反应；反应完成后，得到的产物自然分离为两层，上层为氧化铝，下层为金属陶瓷，除去上层的氧化铝，即得TiC/Fe金属陶瓷。使用分析天平，依据阿基米德法进行测试表明，所制备的TiC/Fe金属陶瓷的相对致密度为95%。
实施例3.
将Al粉和Cr2O3粉末按照Al:Cr2O3=2:1的摩尔比混合均匀并充分干燥，制得铝热反应剂；将铝热反应剂压制成孔隙率为65%的压块，然后置于孔隙率为80%的平均孔径为0.5μm的TiN多孔陶瓷坯体上后一起放入石墨坩埚内；在加速度为50000m/s2的高速离心所产生的超重力场中采用钨丝通电的加热方式引发铝热反应剂发生剧烈的燃烧反应；反应完成后，得到的产物自然分离为两层，上层为氧化铝，下层为金属陶瓷，除去上层的氧化铝，即得TiN/Cr金属陶瓷。使用分析天平，依据阿基米德法进行测试表明，所制备的TiN/Cr金属陶瓷的相对致密度为99%。
实施例4.
将Al粉和CrO3粉末按照Al:CrO3=2:1的摩尔比混合，将Al粉和MoO3粉末按照Al:MoO3=2:1的摩尔比混合，将Al粉和WO3粉末按照Al:WO3=2:1的摩尔比混合；将上述混合均匀的三种物料按照相同的重量份混合在一起并充分干燥，配制成铝热反应剂；将得到的铝热反应剂压制成孔隙率为50%的压块，然后置于孔隙率为50%的平均孔径为25μm的TiC-TiB2多孔陶瓷坯体上后一起放入石墨坩埚内；在加速度为5000m/s2的高速离心所产生的超重力场中采用钨丝通电的加热方式引发铝热反应剂发生剧烈的燃烧反应；反应完成后，得到的产物自然分离为两层，上层为氧化铝，下层为金属陶瓷，除去上层的氧化铝，即得TiC-TiB2/Cr-Mo-W金属陶瓷。使用分析天平，依据阿基米德法进行测试表明，所制备的TiC-TiB2/Cr-Mo-W金属陶瓷的相对致密度为96%。

Claims (5)

1.一种金属陶瓷的制备方法，其特征是，所述的制备方法包括以下步骤：
（1）配制铝热反应剂
将Al粉和MxOy粉末混合均匀的一种以上的混合物料充分干燥，配制成铝热反应剂；其中，Al粉和MxOy粉末按照Al:MxOy=2y:3的摩尔比混合，2y中的y为每摩尔MxOy中所含的氧原子的总摩尔数；MxOy代表金属氧化物，选自NiO、Fe2O3、Cr2O3、CrO3、MoO3、WO3中的一种；
（2）超重力场中熔渗
将步骤（1）配制好的铝热反应剂压制成孔隙率为45%≤孔隙率≤65%的压块，然后置于多孔陶瓷坯体上后一起放入石墨坩埚内，在超重力场中引发铝热反应剂发生燃烧反应，反应完成后，得到的产物自然分离为两层，除去上层的氧化铝，得到的下层为所述的金属陶瓷。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：所述的金属陶瓷的相对致密度不低于95%。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：所述的多孔陶瓷坯体的孔隙率为10%≤孔隙率≤80%。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：所述的在超重力场中引发铝热反应剂发生燃烧反应，是采用钨丝通电的加热方式引发铝热反应剂发生燃烧反应。
5.根据权利要求1或4所述的制备方法，其特征是：所述的超重力场是通过高速离心产生，其加速度为2000～50000m/s2。
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