CN103224387A - AL2O3-Fe基陶瓷复合材料及制作方法 - Google Patents

AL2O3-Fe基陶瓷复合材料及制作方法 Download PDF

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李旭东
潘俊明
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Abstract

本发明涉及一种AL2O3-Fe基陶瓷复合材料及制作方法；按以下原料配料和步骤完成，原料采用AL2O3，CaCO3，SiO2，Fe和AL2O3.2SiO2.2H2O五种原料，通过干粉混料球磨、混料制浆、成型、排蜡、高温真空烧结表、面处理和检验等步骤制作成AL2O3-Fe基陶瓷复合材料。本发明通过上述方法制作成AL2O3-Fe基陶瓷复合材料。本发明是在高温烧结时采用氢气保护还原气氛烧结，使摄入的Fe基材料在烧结完成后，一单质态Fe存在于陶瓷基体中，即高铝瓷中存在单质铁，起到了更好的增韧效果。克服了高铝瓷和锆瓷的一些弱性，就增大了其相关的使用领域。

Description

AL2O3-Fe基陶瓷复合材料及制作方法
技术领域
本发明涉及一种AL2O3-Fe基陶瓷复合材料及制作方法。 
背景技术
目前，普通的高铝陶瓷或者氧化锆陶瓷都具有耐腐蚀，耐高温，高强度等优良的物理性能和机械性能，但都具有一个通性，也就是平常讲的“脆性”易碎，随着社会的进步和发展，陶瓷在工业领域的普遍使用，这一通性也就成为了一个弱性，在相关领域的使用中，就造成了陶瓷“脆性”在使用过程中的不理想，而达不到金属等其他材料的效果； 
而金属等材料由于环境的影响〈如酸碱环境等〉也不能达到比较理想的使用效果。
现有陶瓷增韧主要是体现在用添加氧化锆等材料来达到增韧的效果，但是由于氧化锆材料的价格相对比较高，一般的或者性能不怎么稳定的氧化锆的价格都在每吨10多万元，性能好的高达每吨20多万元，这样也就使氧化锆增韧陶瓷因为价格的问题在使用领域比较窄而没有得到普遍使用，只是在很少的一部分领域在使用。另外，氧化锆在成型方法上存在很大的缺陷，局限于干粉干压或者等静压成型方法，但是该二种工艺在成型几何图形不规则的制品时，就无发成型，难以达到要求，如果使用冷加工达到要求，成本相对较高。 
以往，陶瓷的增韧机理主要是采用ZrO2做为载体〈如ZTA〉来实现或者用纯ZrO2陶瓷来替代，但是ZTA在生产过程中的复杂性，如在高温烧结时的温度变化，便会使ZTA的性能发生根本的改变，使陶瓷的韧性完全体现不出来，而ZrO2陶瓷的生产，主要体现在成本和后续深加工的难度上。 
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种高强度的AL2O3-Fe基陶瓷复合材料及制作方法。 
本发明的技术方案：一种AL2O3-Fe基陶瓷复合材料的制作方法,其特征在于所述AL2O3-Fe基陶瓷复合材料按以下原料的重量配比配料和步骤完成： 
所述的各原料的重量配比（重量%）为：
AL2O3  75-80,           CaCO3  2.8-3.0,
SiO2   2-2.1,             Fe     16-18,
AL2O3.2SiO2.2H2O  3.0-3.3,
各组份百分含量之和为100%计；
所述的各步骤为：
（1）、采用干粉混料球磨，将上述重量配比的原料投入球磨机内，其中原料和球石的投放量的重量配比分别为原料:球石=1:1.5-1.8，其中球石直径为20mm的氧化铝瓷球瓷球，瓷球的氧化铝含量为95%；球磨时间为38小时，然后用120目筛余物少于0.3%即得：
（2）、混料制浆：先把石蜡溶解，当温度达到120℃时待用，再按石蜡：原料=1.2:10的比例混合，在转速为每分钟24转的搅拌机上搅拌3小时，搅拌时的温度保持75-85℃；
（3）、成型：采用钢模在成型机上压铸成型或者注射成型工艺，采用传统的热压铸成型工艺或者注射成型工艺，成型时的温度为70℃，压力为0.65-0.75MPa；
（4）、排蜡：按温度曲线升温，排蜡过程:用粘土钵把产品盛起，用氧化铝粉掩埋，在梭式炉中烧结，燃料是液化气，按上曲线升温，即升温曲线是从80℃恒温开始，每小时升5-8℃至150℃，在150℃恒温3小时，每小时升10℃至250℃，恒温3小时，每小时升15℃至350℃，恒温2小时，每小时升30-50℃至500℃，恒温2小时，每小时升100℃，升至1050℃，恒温2小时，然后自然降温到常温;
（5）、采用烧氢炉高温真空烧结：实际温度≧1460℃，在氢气保护环境下进行烧结；即保护环境的烧氢炉，温度为1475℃，窑炉推进速度为每20分钟150毫米；
（6）、表面处理：进行表面抛光，用抛光填料处理；
（7）、检验：按用户的图纸要求检验合格后，即成AL2O3-Fe基陶瓷复合材料。
本发明是在高温烧结时采用氢气保护还原气氛烧结，使摄入的Fe基材料在烧结完成后，一单质态Fe存在于陶瓷基体中，即引入单质态Fe降低脆性,具有陶瓷和金属的双重特性,适合加工，降低了生产成本，总之高铝瓷中存在单质铁，起到了更好的增韧效果。本AL2O3-Fe基陶瓷复合材料是在综合陶瓷增韧机理的要求，在研发试验和使用过程中，如果陶瓷材料的HRC≧75时，就完全可以替代金属的相关性能，由于HRC指数的降低，而陶瓷脆性相应改变，就克服了高铝瓷和锆瓷的一些弱性，就增大了其相关的使用领域。 
具体实施方式
一种AL2O3-Fe基陶瓷复合材料的制作方法,其特征在于所述AL2O3-Fe基陶瓷复合材料按以下原料的重量配比配料和步骤完成： 
所述的各原料的重量配比（重量%）为：
AL2O3  76,           CaCO3  2.9,
SiO2   2,             Fe  16,
AL2O3.2SiO2.2H2O  3.1；
所述的各步骤为：
（1）、采用干粉混料球磨，将上述重量配比的原料投入球磨机内，其中原料和球石的投放量的重量配比分别为原料:球石=1:1.5，其中球石直径为20mm的氧化铝瓷球瓷球，瓷球的氧化铝含量为95%；球磨时间为38小时，然后用120目筛余物少于0.3%即得：
（2）、混料制浆：先把石蜡溶解，当温度达到120℃时待用，再按石蜡：原料=1.2:10的比例混合，在转速为每分钟24转的搅拌机上搅拌3小时，搅拌时的温度保持75-85℃；
（3）、成型：采用钢模在成型机上压铸成型或者注射成型工艺，采用传统的热压铸成型工艺或者注射成型工艺，成型时的温度为70℃，压力为0.65-0.75MPa；
（4）、排蜡：按温度曲线升温，排蜡过程:用粘土钵把产品盛起，用氧化铝粉掩埋，在梭式炉中烧结，燃料是液化气，按上曲线升温，即升温曲线是从80℃恒温开始，每小时升5-8℃至150℃，在150℃恒温3小时，每小时升10℃至250℃，恒温3小时，每小时升15℃至350℃，恒温2小时，每小时升30-50℃至500℃，恒温2小时，每小时升100℃至1050℃，恒温2小时，然后自然降温到常温;
（5）、采用烧氢炉高温真空烧结：实际温度≧1460℃，在氢气保护环境下进行烧结；即保护环境的烧氢炉，温度为1475℃，窑炉推进速度为每20分钟150毫米；
（6）、表面处理：进行表面抛光，用抛光填料处理；
（7）、检验：按用户的图纸要求检验合格后，即成AL2O3-Fe基陶瓷复合材料。
本发明是在高温烧结时采用氢气保护还原气氛烧结，使摄入的Fe基材料在烧结完成后，一单质态Fe存在于陶瓷基体中，起到了更好的增韧效果。 

Claims (2)

1.一种AL2O3-Fe基陶瓷复合材料的制作方法,其特征在于所述AL2O3-Fe基陶瓷复合材料按以下原料的重量配比配料和步骤完成：
所述的各原料的重量配比（重量%）为：
AL2O3  75-80,           CaCO3  2.8-3.0,
SiO2   2-2.1,             Fe     16-18,
AL2O3.2SiO2.2H2O  3.0-3.3,
各组份百分含量之和为100%计；
所述的各步骤为：
（1）、采用干粉混料球磨，将上述重量配比的原料投入球磨机内，其中原料和球石的投放量的重量配比分别为原料:球石=1:1.5-1.8，其中球石直径为20mm的氧化铝瓷球瓷球，瓷球的氧化铝含量为95%；球磨时间为38小时，然后用120目筛余物少于0.3%即得：
（2）、混料制浆：先把石蜡溶解，当温度达到120℃时待用，再按石蜡：原料=1.2:10的比例混合，在转速为每分钟24转的搅拌机上搅拌3小时，搅拌时的温度保持75-85℃；
（3）、成型：采用钢模在成型机上压铸成型或者注射成型工艺，采用传统的热压铸成型工艺或者注射成型工艺，成型时的温度为70℃，压力为0.65-0.75MPa；
（4）、排蜡：按温度曲线升温，排蜡过程:用粘土钵把产品盛起，用氧化铝粉掩埋，在梭式炉中烧制，燃料是液化气，按上曲线升温，即升温曲线是从80℃恒温开始，每小时升5-8℃至150℃，在150℃恒温3小时，每小时升10℃至250℃，恒温3小时，每小时升15℃至350℃，恒温2小时，每小时升30-50℃至500℃，恒温2小时，每小时升100℃，升至1050℃，恒温2小时，然后自然降温到常温;
（5）、高温真空烧结：实际温度≧1460℃，在氢气保护环境下进行烧结；即保护环境的烧氢炉，温度为1475℃，窑炉推进速度为每20分钟150毫米；
（6）、表面处理：进行表面抛光，用抛光填料处理；
（7）、检验：按用户的图纸要求检验合格后，即成AL2O3-Fe基陶瓷复合材料。
2.如权利要求1所述的方法制作的AL2O3-Fe基陶瓷复合材料。
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