CN104692807A - 一种工程陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种工程陶瓷材料及其制备方法，所述的工程陶瓷材料包括氮化硅22-46份、碳化硅18-35份、氧化锆5-15份、石墨3-8份、氮化铬6-12份、二硼化钒4-10份、硼化钨3-5份。所述的工程陶瓷材料的制备方法包括以下步骤：(1)将上述的材料进行混合，混合后进行球磨h；(2)将工程陶瓷材料粉末压制成型；(3)将压制成型后的粉末材料进行高温烧结，将经过压制成型的工程陶瓷材料在高温烧结中烧结，首先将高温烧结炉温度升高为880-930℃，在该温度下烧结4h；再将高温烧结炉温度升高至990-1040℃，在该温度下再烧结3h；再将工程陶瓷材料冷却，为制备的工程陶瓷材料。

Description

一种工程陶瓷材料及其制备方法
技术领域
本发明属于陶瓷材料领域，涉及一种陶瓷材料及其制备方法，具体是涉及一种工程陶瓷材料及其制备方法。
背景技术
工程陶瓷材料以其优良的物理和化学性能，在航空、航天、电力、冶金、通信、石油化工、机械以及现代生物医学等领域得到了广泛的应用，已成为新材料的发展中心而受到广泛的关注。在工程结构上使用的陶瓷称为工程陶瓷材料。这类陶瓷以氧化铝为主要原料，具有在高温下强度高、硬度大、抗氧化、耐腐蚀、耐磨损、耐烧蚀等优点，在空气中可以耐受1980℃的高温，是空间技术、军事技术、原子能、业及化工设备等领域中的重要材料。工程陶瓷有许多种类，但目前世界上研究最多，认为最有发展前途的是氯化硅、碳化硅和增韧氧化物三类材料。工程陶瓷材料的机械强度对工程陶瓷材料的应用来说有着非常大的影响。
发明内容
要解决的技术问题：工程陶瓷材料需要具备较为优良的硬度、抗弯强度和抗压强度，本发明的目的是提供一种具备较高的硬度、抗弯强度、抗压强度的工程陶瓷材料及其制备方法，提高工程陶瓷材料的机械强度。
技术方案：本发明公开了一种工程陶瓷材料及其制备方法，所述的工程陶瓷材料由以下成分按照重量比组成：
优选的，所述的一种工程陶瓷材料，由以下成分按照重量比组成：
优选的，所述的一种工程陶瓷材料，由以下成分按照重量比组成：
一种工程陶瓷材料的制备方法，所述的工程陶瓷材料的制备方法包括以下步骤：
(1)将重量氮化硅22-46份、碳化硅18-35份、氧化锆5-15份、石墨3-8份、氮化铬6-12份、二硼化钒4-10份、硼化钨3-5份的材料进行混合，混合后进行球磨，球料比为30:1-40:1，球磨时间为1-4h；
(2)将工程陶瓷材料粉末压制成型，压制成型时模具压力为105MPa-125MPa，工程陶瓷材料压制时间为4h；
(3)将压制成型后的粉末材料进行高温烧结，将经过压制成型的工程陶瓷材料在高温烧结中烧结，首先将高温烧结炉温度升高为880-930℃，在该温度下烧结4h；再将高温烧结炉温度升高至990-1040℃，在该温度下再烧结3h；再将工程陶瓷材料冷却，为制备的工程陶瓷材料。
所述的一种工程陶瓷材料的制备方法，其中，氮化硅为28-40份、碳化硅为22-32份、氧化锆为8-14份、石墨为4-7份、氮化铬为8-10份、二硼化钒为5-9份、硼化钨为4-5份。
所述的一种工程陶瓷材料的制备方法，其中，氮化硅为34份、碳化硅为26份、氧化锆为12份、石墨为5份、氮化铬为9份、二硼化钒为7份、硼化钨为4份。
有益效果：本发明的陶瓷材料具备非常高的硬度、抗弯强度和抗压强度，非常适用于作为工程陶瓷材料用于一些结构件、轴承等部件中。其中，当氮化硅为34份、碳化硅为26份、氧化锆为12份、石墨为5份、氮化铬为9份、二硼化钒为7份、硼化钨为4份时，制备得到的工程陶瓷材料的机械性能最佳。
具体实施方式
下面的实施例可使本专业技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
实施例1
(1)将重量氮化硅22Kg、碳化硅35Kg、氧化锆5Kg、石墨8Kg、氮化铬6Kg、二硼化钒10Kg、硼化钨3Kg的材料进行混合，混合后进行球磨，球料比为40:1，球磨时间为4h；
(2)将工程陶瓷材料粉末压制成型，压制成型时模具压力为125MPa，工程陶瓷材料压制时间为4h；
(3)将压制成型后的粉末材料进行高温烧结，将经过压制成型的工程陶瓷材料在高温烧结中烧结，首先将高温烧结炉温度升高为930℃，在该温度下烧结4h；再将高温烧结炉温度升高至990℃，在该温度下再烧结3h；再将工程陶瓷材料冷却，为制备的工程陶瓷材料。
实施例2
(1)将重量氮化硅46Kg、碳化硅18Kg、氧化锆15Kg、石墨3Kg、氮化铬12Kg、二硼化钒4Kg、硼化钨5Kg的材料进行混合，混合后进行球磨，球料比为30:1，球磨时间为1h；
(2)将工程陶瓷材料粉末压制成型，压制成型时模具压力为105MPa，工程陶瓷材料压制时间为4h；
(3)将压制成型后的粉末材料进行高温烧结，将经过压制成型的工程陶瓷材料在高温烧结中烧结，首先将高温烧结炉温度升高为880℃，在该温度下烧结4h；再将高温烧结炉温度升高至1040℃，在该温度下再烧结3h；再将工程陶瓷材料冷却，为制备的工程陶瓷材料。
实施例3
(1)将重量氮化硅为28Kg、碳化硅为32Kg、氧化锆为8Kg、石墨为7Kg、氮化铬为8Kg、二硼化钒为9Kg、硼化钨为5Kg的材料进行混合，混合后进行球磨，球料比为40:1，球磨时间为4h；
(2)将工程陶瓷材料粉末压制成型，压制成型时模具压力为125MPa，工程陶瓷材料压制时间为4h；
(3)将压制成型后的粉末材料进行高温烧结，将经过压制成型的工程陶瓷材料在高温烧结中烧结，首先将高温烧结炉温度升高为930℃，在该温度下烧结4h；再将高温烧结炉温度升高至990℃，在该温度下再烧结3h；再将工程陶瓷材料冷却，为制备的工程陶瓷材料。
实施例4
(1)将重量氮化硅为40Kg、碳化硅为22Kg、氧化锆为14Kg、石墨为4Kg、氮化铬为10Kg、二硼化钒为5Kg、硼化钨为4Kg的材料进行混合，混合后进行球磨，球料比为30:1，球磨时间为1h；
(2)将工程陶瓷材料粉末压制成型，压制成型时模具压力为105MPa，工程陶瓷材料压制时间为4h；
(3)将压制成型后的粉末材料进行高温烧结，将经过压制成型的工程陶瓷材料在高温烧结中烧结，首先将高温烧结炉温度升高为880℃，在该温度下烧结4h；再将高温烧结炉温度升高至1040℃，在该温度下再烧结3h；再将工程陶瓷材料冷却，为制备的工程陶瓷材料。
实施例5
(1)将重量氮化硅为34Kg、碳化硅为26Kg、氧化锆为12Kg、石墨为5Kg、氮化铬为9Kg、二硼化钒为7Kg、硼化钨为4Kg的材料进行混合，混合后进行球磨，球料比为35:1，球磨时间为3h；
(2)将工程陶瓷材料粉末压制成型，压制成型时模具压力为115MPa，工程陶瓷材料压制时间为4h；
(3)将压制成型后的粉末材料进行高温烧结，将经过压制成型的工程陶瓷材料在高温烧结中烧结，首先将高温烧结炉温度升高为900℃，在该温度下烧结4h；再将高温烧结炉温度升高至1010℃，在该温度下再烧结3h；再将工程陶瓷材料冷却，为制备的工程陶瓷材料。
对比例
(1)将重量氮化硅22Kg、碳化硅35Kg、氧化锆5Kg、石墨8Kg、氮化铬6Kg的材料进行混合，混合后进行球磨，球料比为40:1，球磨时间为4h；
(2)将工程陶瓷材料粉末压制成型，压制成型时模具压力为125MPa，工程陶瓷材料压制时间为4h；
(3)将压制成型后的粉末材料进行高温烧结，将经过压制成型的工程陶瓷材料在高温烧结中烧结，首先将高温烧结炉温度升高为930℃，在该温度下烧结4h；再将高温烧结炉温度升高至990℃，在该温度下再烧结3h；再将工程陶瓷材料冷却，为制备的工程陶瓷材料。
上述的实施例1至5和对比例的工程陶瓷材料的机械强如下：
硬度(GPa) 抗弯强度(MPa) 抗压强度(MPa)
实施例1 13.0 463 528
实施例2 12.9 459 423
实施例3 13.6 488 441
实施例4 13.5 496 444
实施例5 14.2 533 469
对比例 12.5 427 401
当然上述实施例只是为说明本发明的技术构思及特点所作的例举而非穷举，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种工程陶瓷材料，其特征在于所述的工程陶瓷材料由以下成分按照重量比组成：
2.根据权利要求1所述的一种工程陶瓷材料，其特征在于所述的工程陶瓷材料由以下成分按照重量比组成：
3.根据权利要求1所述的一种工程陶瓷材料，其特征在于所述的工程陶瓷材料由以下成分按照重量比组成：
4.一种工程陶瓷材料的制备方法，其特征在于所述的工程陶瓷材料的制备方法包括以下步骤：
(1)将重量氮化硅22-46份、碳化硅18-35份、氧化锆5-15份、石墨3-8份、氮化铬6-12份、二硼化钒4-10份、硼化钨3-5份的材料进行混合，混合后进行球磨，球料比为30:1-40:1，球磨时间为1-4h；
(2)将工程陶瓷材料粉末压制成型，压制成型时模具压力为105MPa-125MPa，工程陶瓷材料压制时间为4h；
(3)将压制成型后的粉末材料进行高温烧结，将经过压制成型的工程陶瓷材料在高温烧结中烧结，首先将高温烧结炉温度升高为880-930℃，在该温度下烧结4h；再将高温烧结炉温度升高至990-1040℃，在该温度下再烧结3h；再将工程陶瓷材料冷却，为制备的工程陶瓷材料。
5.根据权利要求4所述的一种工程陶瓷材料的制备方法，其特征在于所述的工程陶瓷材料的制备方法中氮化硅为28-40份、碳化硅为22-32份、氧化锆为8-14份、石墨为4-7份、氮化铬为8-10份、二硼化钒为5-9份、硼化钨为4-5份。
6.根据权利要求4所述的一种工程陶瓷材料的制备方法，其特征在于所述的工程陶瓷材料的制备方法中氮化硅为34份、碳化硅为26份、氧化锆为12份、石墨为5份、氮化铬为9份、二硼化钒为7份、硼化钨为4份。
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