CN105016732A - 一种强度高耐磨性好的碳化锆陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种强度高耐磨性好的碳化锆陶瓷材料及其制备方法，其由以下重量份原料制成：高岭土16-18、碳化锆80-95、钨粉2-3、乌刚石粉7-9、不锈钢粉末3-4、粉煤灰6-8、陶瓷废料8-12、聚硅酸硫酸铁1-3、水玻璃2-3、白油6-8、氮化硅铁粉末3-5、红泥1-3、二硅化钼1-2、聚乙烯醇2-4、亚硝酸钾0.5-0.8、助剂5-7、水适量。本发明的陶瓷材料以碳化锆为主要原料，制得的陶瓷材料具有良好的耐高温性能、导电和导热性能，较高的机械强度和化学稳定性，另外，乌刚石粉、氮化硅铁粉末等增强了陶瓷材料的耐火性能，钨粉、不锈钢粉末、二硅化钼、助剂等则进一步提高了陶瓷材料的耐磨性能，保证了产品的质量。

Description

一种强度高耐磨性好的碳化锆陶瓷材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及陶瓷材料技术领域，更具体地说是一种强度高耐磨性好的碳化锆陶瓷材料及其制备方法。
背景技术
陶瓷材料是用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料。它具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等优点。可用作结构材料、刀具材料，由于陶瓷还具有某些特殊的性能，又可作为功能材料。
金属陶瓷兼有金属和陶瓷的优点，它密度小、硬度高、耐磨、导热性好，不会因为骤冷或骤热而脆裂。另外，在金属表面涂一层气密性好、熔点高、传热性能很差的陶瓷涂层，也能防止金属或合金在高温下氧化或腐蚀。金属陶瓷既具有金属的韧性、高导热性和良好的热稳定性，又具有陶瓷的耐高温、耐腐蚀和耐磨损等特性。金属陶瓷广泛地应用于火箭、导弹、超音速飞机的外壳、燃烧室的火焰喷口等地方。硼化物陶瓷具有高电导性、高熔点、高硬度和高热稳定性。硼化物经常规成型或注射成型后，常采用常压烧结、热压烧结或等静压烧结等制成陶瓷制品。但是硼系金属陶瓷材料的机械强度较低，仍有待提高的余地。
发明内容
本发明的目的是为了弥补现有技术的不足，提供一种强度高耐磨性好的碳化锆陶瓷材料及其制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种强度高耐磨性好的碳化锆陶瓷材料，由以下重量份原料制成：高岭土16-18、碳化锆80-95、钨粉2-3、乌刚石粉7-9、不锈钢粉末3-4、粉煤灰6-8、陶瓷废料8-12、聚硅酸硫酸铁1-3、水玻璃2-3、白油6-8、氮化硅铁粉末3-5、红泥1-3、二硅化钼1-2、聚乙烯醇2-4、亚硝酸钾0.5-0.8、助剂5-7、水适量；
所述助剂是由以下重量份原料制成：氧化铝20-30、镁铝尖晶石粉6-8、碳酸钇1-2、氮化硅2-3、土状石墨粉2-4、金刚石粉0.5-1、骨粉2-3、聚丙烯酸钠0.5-0.8、聚乙二醇1-3、甘油2-4、水适量；制备方法为：将氧化铝、镁铝尖晶石粉、碳酸钇、氮化硅、土状石墨粉、金刚石粉、骨粉混合加到混料机中，加入聚丙烯酸钠和水进行湿法混合，2-3小时后将混合好的浆料加到胶磨机中研磨过100-200目筛，加热干燥除去水分，再加入其余剩余的成分搅拌均匀，将所得的物料输入喷雾造粒塔中制成颗粒即可。
一种强度高耐磨性好的碳化锆陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将高岭土、粉煤灰、陶瓷废料混合，在900-1100℃下处理2-3小时，冷却后粉碎备用；
(2)将步骤(1)中的混合粉碎物与碳化锆、钨粉、乌刚石粉、不锈钢粉末、氮化硅铁粉末、红泥、二硅化钼以及适量的水加到球磨罐中，球料比3:1，球磨3-5小时后加入聚乙烯醇和水玻璃搅拌均匀后过200-300目筛，再转移到喷雾造粒机中制成颗粒备用；
(3)将助剂以及其余剩余的成分混合，以3-5℃/min的速度边搅拌边加热，加热至50-70℃时保温20-30分钟，再将该混合物通过喷涂法喷涂到步骤(2)中的颗粒上；
(4)将步骤(3)得到的物料送入模具中采用160-200MPa干压成型得素胚，再将该素胚放入真空高温烧结炉中在氩气的保护下进行烧结，烧结温度为1750-1900℃，保温3-5小时后缓慢降温到1600-1450℃，随炉冷却即得。
本发明的优点在于：
本发明的陶瓷材料以碳化锆为主要原料，制得的陶瓷材料具有良好的耐高温性能、导电和导热性能，较高的机械强度和化学稳定性，另外，乌刚石粉、氮化硅铁粉末等增强了陶瓷材料的耐火性能，钨粉、不锈钢粉末、二硅化钼、助剂等则进一步提高了陶瓷材料的耐磨性能，保证了产品的质量。
具体实施方式
实施例1
一种强度高耐磨性好的碳化锆陶瓷材料，由以下重量(kg)原料制成：高岭土16、碳化锆80、钨粉2、乌刚石粉7、不锈钢粉末3、粉煤灰6、陶瓷废料8、聚硅酸硫酸铁1、水玻璃2、白油6、氮化硅铁粉末3、红泥1、二硅化钼1、聚乙烯醇2、亚硝酸钾0.5、助剂5、水适量；所述助剂是由以下重量(kg)原料制成：氧化铝20、镁铝尖晶石粉6、碳酸钇1、氮化硅2、土状石墨粉2、金刚石粉0.5、骨粉2、聚丙烯酸钠0.5、聚乙二醇1、甘油2、水适量；制备方法为：将氧化铝、镁铝尖晶石粉、碳酸钇、氮化硅、土状石墨粉、金刚石粉、骨粉混合加到混料机中，加入聚丙烯酸钠和水进行湿法混合，2小时后将混合好的浆料加到胶磨机中研磨过100目筛，加热干燥除去水分，再加入其余剩余的成分搅拌均匀，将所得的物料输入喷雾造粒塔中制成颗粒即可。
一种强度高耐磨性好的碳化锆陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将高岭土、粉煤灰、陶瓷废料混合，在900℃下处理2小时，冷却后粉碎备用；
(2)将步骤(1)中的混合粉碎物与碳化锆、钨粉、乌刚石粉、不锈钢粉末、氮化硅铁粉末、红泥、二硅化钼以及适量的水加到球磨罐中，球料比3:1，球磨3小时后加入聚乙烯醇和水玻璃搅拌均匀后过200目筛，再转移到喷雾造粒机中制成颗粒备用；
(3)将助剂以及其余剩余的成分混合，以3℃/min的速度边搅拌边加热，加热至50℃时保温20分钟，再将该混合物通过喷涂法喷涂到步骤(2)中的颗粒上；
(4)将步骤(3)得到的物料送入模具中采用160MPa干压成型得素胚，再将该素胚放入真空高温烧结炉中在氩气的保护下进行烧结，烧结温度为1750℃，保温3-5小时后缓慢降温到1600℃，随炉冷却即得。
实施例2
一种强度高耐磨性好的碳化锆陶瓷材料，由以下重量(kg)原料制成：高岭土17、碳化锆90、钨粉2、乌刚石粉8、不锈钢粉末4、粉煤灰7、陶瓷废料10、聚硅酸硫酸铁2、水玻璃3、白油7、氮化硅铁粉末4、红泥2、二硅化钼1、聚乙烯醇3、亚硝酸钾0.6、助剂6、水适量；所述助剂是由以下重量(kg)原料制成：氧化铝25、镁铝尖晶石粉7、碳酸钇1、氮化硅2、土状石墨粉3、金刚石粉0.8、骨粉3、聚丙烯酸钠0.7、聚乙二醇2、甘油3、水适量；制备方法为：将氧化铝、镁铝尖晶石粉、碳酸钇、氮化硅、土状石墨粉、金刚石粉、骨粉混合加到混料机中，加入聚丙烯酸钠和水进行湿法混合，2.5小时后将混合好的浆料加到胶磨机中研磨过150目筛，加热干燥除去水分，再加入其余剩余的成分搅拌均匀，将所得的物料输入喷雾造粒塔中制成颗粒即可。
一种强度高耐磨性好的碳化锆陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将高岭土、粉煤灰、陶瓷废料混合，在1000℃下处理2.5小时，冷却后粉碎备用；
(2)将步骤(1)中的混合粉碎物与碳化锆、钨粉、乌刚石粉、不锈钢粉末、氮化硅铁粉末、红泥、二硅化钼以及适量的水加到球磨罐中，球料比3:1，球磨4小时后加入聚乙烯醇和水玻璃搅拌均匀后过250目筛，再转移到喷雾造粒机中制成颗粒备用；
(3)将助剂以及其余剩余的成分混合，以4℃/min的速度边搅拌边加热，加热至60℃时保温25分钟，再将该混合物通过喷涂法喷涂到步骤(2)中的颗粒上；
(4)将步骤(3)得到的物料送入模具中采用180MPa干压成型得素胚，再将该素胚放入真空高温烧结炉中在氩气的保护下进行烧结，烧结温度为1800℃，保温4小时后缓慢降温到1550℃，随炉冷却即得。
实施例3
一种强度高耐磨性好的碳化锆陶瓷材料，由以下重量(kg)原料制成：高岭土18、碳化锆95、钨粉3、乌刚石粉9、不锈钢粉末4、粉煤灰8、陶瓷废料12、聚硅酸硫酸铁3、水玻璃3、白油8、氮化硅铁粉末5、红泥3、二硅化钼2、聚乙烯醇4、亚硝酸钾0.8、助剂7、水适量；
所述助剂是由以下重量(kg)原料制成：氧化铝30、镁铝尖晶石粉8、碳酸钇2、氮化硅3、土状石墨粉4、金刚石粉1、骨粉3、聚丙烯酸钠0.8、聚乙二醇3、甘油4、水适量；制备方法为：将氧化铝、镁铝尖晶石粉、碳酸钇、氮化硅、土状石墨粉、金刚石粉、骨粉混合加到混料机中，加入聚丙烯酸钠和水进行湿法混合，3小时后将混合好的浆料加到胶磨机中研磨过200目筛，加热干燥除去水分，再加入其余剩余的成分搅拌均匀，将所得的物料输入喷雾造粒塔中制成颗粒即可。
一种强度高耐磨性好的碳化锆陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将高岭土、粉煤灰、陶瓷废料混合，在1100℃下处理3小时，冷却后粉碎备用；
(2)将步骤(1)中的混合粉碎物与碳化锆、钨粉、乌刚石粉、不锈钢粉末、氮化硅铁粉末、红泥、二硅化钼以及适量的水加到球磨罐中，球料比3:1，球磨5小时后加入聚乙烯醇和水玻璃搅拌均匀后过300目筛，再转移到喷雾造粒机中制成颗粒备用；
(3)将助剂以及其余剩余的成分混合，以5℃/min的速度边搅拌边加热，加热至70℃时保温30分钟，再将该混合物通过喷涂法喷涂到步骤(2)中的颗粒上；
(4)将步骤(3)得到的物料送入模具中采用200MPa干压成型得素胚，再将该素胚放入真空高温烧结炉中在氩气的保护下进行烧结，烧结温度为1900℃，保温5小时后缓慢降温到1450℃，随炉冷却即得。
上述实施例1-3制得的陶瓷材料的主要性能检测结果如下表所示：
表1实施例1-3制得的陶瓷材料的主要性能检测结果

Claims (2)

1.一种强度高耐磨性好的碳化锆陶瓷材料，其特征在于：由以下重量份原料制成：高岭土16-18、碳化锆80-95、钨粉2-3、乌刚石粉7-9、不锈钢粉末3-4、粉煤灰6-8、陶瓷废料8-12、聚硅酸硫酸铁1-3、水玻璃2-3、白油6-8、氮化硅铁粉末3-5、红泥1-3、二硅化钼1-2、聚乙烯醇2-4、亚硝酸钾0.5-0.8、助剂5-7、水适量；
所述助剂是由以下重量份原料制成：氧化铝20-30、镁铝尖晶石粉6-8、碳酸钇1-2、氮化硅2-3、土状石墨粉2-4、金刚石粉0.5-1、骨粉2-3、聚丙烯酸钠0.5-0.8、聚乙二醇1-3、甘油2-4、水适量；制备方法为：将氧化铝、镁铝尖晶石粉、碳酸钇、氮化硅、土状石墨粉、金刚石粉、骨粉混合加到混料机中，加入聚丙烯酸钠和水进行湿法混合，2-3小时后将混合好的浆料加到胶磨机中研磨过100-200目筛，加热干燥除去水分，再加入其余剩余的成分搅拌均匀，将所得的物料输入喷雾造粒塔中制成颗粒即可。
2.根据权利要求1所述的一种强度高耐磨性好的碳化锆陶瓷材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将高岭土、粉煤灰、陶瓷废料混合，在900-1100℃下处理2-3小时，冷却后粉碎备用；
(2)将步骤(1)中的混合粉碎物与碳化锆、钨粉、乌刚石粉、不锈钢粉末、氮化硅铁粉末、红泥、二硅化钼以及适量的水加到球磨罐中，球料比3:1，球磨3-5小时后加入聚乙烯醇和水玻璃搅拌均匀后过200-300目筛，再转移到喷雾造粒机中制成颗粒备用；
(3)将助剂以及其余剩余的成分混合，以3-5℃/min的速度边搅拌边加热，加热至50-70℃时保温20-30分钟，再将该混合物通过喷涂法喷涂到步骤(2)中的颗粒上；
(4)将步骤(3)得到的物料送入模具中采用160-200MPa干压成型得素胚，再将该素胚放入真空高温烧结炉中在氩气的保护下进行烧结，烧结温度为1750-1900℃，保温3-5小时后缓慢降温到1600-1450℃，随炉冷却即得。
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