CN105088047A - 一种增强型金属陶瓷耐磨复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种增强型金属陶瓷耐磨复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种增强型金属陶瓷耐磨复合材料及其制备方法，该复合材料包括如下质量份数的组分：纳米碳化钼25-35份，纳米陶瓷粉15-25份，玻璃纤维10-15份，钴5-10份，铬10-15份，碳氮化钛10-15份，氧化锆1-3份，氧化硅3-5份，氧化铈8-10份，氧化铝1-3份，碳化铌5-10份，碳化硅5-15份，碳化钒1-3份，铜4-9份，钛粉1-5份，偶联剂1-5份，抗静电剂1-3份，固化剂1-3份。其制备方法是先混合、烘干然后烧结冷却即可。本发明金属陶瓷复合材料具有优良的性能，其抗弯强度可高达？2500MPa，洛氏硬度可达93；且还具有优良的耐磨损性和耐高温性能；制备方法简单易行，适于大范围推广应用。

Description

一种增强型金属陶瓷耐磨复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于耐磨复合材料技术领域，具体涉及一种增强型金属陶瓷耐磨复合材料及其制备方法。
背景技术
金属陶瓷是由陶瓷硬质相与金属或合金粘结相组成的复合材料，金属陶瓷既保持了陶瓷的高强度、高硬度、耐磨损、耐高温、抗氧化和化学稳定性等特性，又具有较好的金属韧性和可塑性。
金属陶瓷迄今为止已历经三代，第一代是“二战”期间，德国以Ni粘结TiC生产金属陶瓷；第二代是20世纪60年代美国福特汽车公司添加Mo到Ni粘结相中改善TiC和其他碳化物的润湿性，从而提高材料的韧性；第三代金属陶瓷则将氮化物引入合金的硬质相，改单一相为复合相。又通过添加Co相和其他元素改善了粘结相。金属陶瓷研制的另一个新方向是硼化物基金属陶瓷。由于硼化物陶瓷具有很高的硬度、熔点和优良的导电性，耐腐蚀性，从而使硼化物基金属陶瓷成为最有发展前途的金属陶瓷。但是目前我国对金属陶瓷在性能方面的改进仍不理想，现有金属陶瓷的洛氏硬度和抗弯强度仍有待进一步提高。
复合材料通常具有不同材料相互取长补短的良好综合性能。复合材料兼有两种或两种以上材料的特点，能改善单一材料的性能，如提高强度、增加韧性和改善介电性能等。作为高温结构材料用的陶瓷复合材料，主要用于宇航，军工等部门。此外，在机械、化工、电子技术等领域也广泛采用各种陶瓷复合材料。陶瓷基复合材料是以陶瓷为基体与各种纤维复合的一类复合材料。陶瓷基体可为氮化硅、碳化硅等高温结构陶瓷。这些先进陶瓷具有耐高温、高强度和刚度、相对重量较轻、抗腐蚀等优异性能，而其致命的弱点是具有脆性，处于应力状态时，会产生裂纹，甚至断裂导致材料失效。而采用高强度、高弹性的纤维与基体复合，则是提高陶瓷韧性和可靠性的一个有效的方法。纤维能阻止裂纹的扩展，从而得到有优良韧性的纤维增强陶瓷基复合材料。陶瓷基复合材料具有优异的耐高温性能，主要用作高温及耐磨制品。其最高使用温度主要取决于基体特征。塑料高分子材料，耐温、耐气侯变化，耐磨等性能不如陶瓷复合材料，而且存在寿命短、维护量大等缺陷，而本发针对陶瓷复合材料提出一种新的技术方案。
发明内容
发明目的：本发明针对不足，提出一种增强型金属陶瓷耐磨复合材料及其制备方法，该复合材料具有优良的性能，其抗弯强度可高达2500MPa，洛氏硬度可达93；且还具有优良的耐磨损性和耐高温性能；制备方法简单易行，适于大范围推广应用，制备工艺简便，烧结温度低，成本低，能耗低，环境协调性好，并且同时具有强度和韧性高、热震性好和耐磨性突出等综合性能。
技术方案：本发明所述的一种增强型金属陶瓷耐磨复合材料，包括如下质量份数的组分：
纳米碳化钼25-35份，纳米陶瓷粉15-25份，玻璃纤维10-15份，钴5-10份，铬10-15份，碳氮化钛10-15份，氧化锆1-3份，氧化硅3-5份，氧化铈8-10份，氧化铝1-3份，碳化铌5-10份，碳化硅5-15份，碳化钒1-3份，铜4-9份，钛粉1-5份，偶联剂1-5份，抗静电剂1-3份，固化剂1-3份。
进一步的，包括如下质量份数的组分：
纳米碳化钼25-30份，纳米陶瓷粉15-20份，玻璃纤维10-12份，钴5-8份，铬10-13份，碳氮化钛10-12份，氧化锆1-2份，氧化硅3-4份，氧化铈8-9份，氧化铝1-2份，碳化铌5-8份，碳化硅5-10份，碳化钒1-2份，铜5-8份，钛粉1-3份，偶联剂1-3份，抗静电剂1-2份，固化剂1-2份。
进一步的，包括如下质量份数的组分：
纳米碳化钼27份，纳米陶瓷粉18份，玻璃纤维11份，钴6份，铬12份，碳氮化钛11份，氧化锆1.5份，氧化硅3.5份，氧化铈8.5份，氧化铝1.5份，碳化铌7份，碳化硅7份，碳化钒1.5份，铜6份，钛粉2份，偶联剂2份，抗静电剂1.5份，固化剂1.5份。
进一步的，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550或硅烷偶联剂KH560。
进一步的，所述抗静电剂为乙氧基月桂酷胺。
进一步的，所述固化剂为间苯二甲胺、间苯二胺其中的一种或两种混合物。
本发明还公开了一种增强型金属陶瓷耐磨复合材料的制备方法包括如下步骤：
（1）按照质量份数将各组分进行配料并混合，各粉料的粒度均为500-800目；
（2）将上述粉料装入球磨机中，然后注水，注水重量和粉料总重量之比为1∶1；（3）球磨湿混12h后取出烘干，烘干温度为150-200℃；
（4）然后将烘干的物料在球磨机中粉碎到270-500目，装入模具中并施加50MPa压力，保压5min；
（5）然后放入电炉中烧结，先加热到500-600℃保温0.5-2h，然后再升温1350℃～1450℃，保温3-5h；之后随炉冷却便得到增强型金属陶瓷耐磨复合材料。
有益效果：本发明金属陶瓷复合材料具有优良的性能，其抗弯强度可高达2500MPa，洛氏硬度可达93；且还具有优良的耐磨损性和耐高温性能；制备方法简单易行，适于大范围推广应用，制备工艺简便，烧结温度低，成本低，能耗低，环境协调性好，并且同时具有强度和韧性高、热震性好和耐磨性突出等综合性能。同时本发明金属陶瓷复合材料还具有良好的机械强度、韧性、抗磨特性，利用陶瓷的高硬度、耐磨性能，以及塑料的防腐性能、耐冲击能力，同时在阻燃、抗静电等方面也有很好的性能，而且重量轻、使用寿命长，成本低。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明：
实施例1
一种增强型金属陶瓷耐磨复合材料，包括如下质量份数的组分：
纳米碳化钼25份，纳米陶瓷粉15份，玻璃纤维10份，钴5份，铬10份，碳氮化钛10份，氧化锆1份，氧化硅3份，氧化铈8份，氧化铝1-份，碳化铌5份，碳化硅5份，碳化钒1份，铜4份，钛粉1份，偶联剂1份，抗静电剂1份，固化剂1份。
上述一种增强型金属陶瓷耐磨复合材料的制备方法包括如下步骤：
（1）按照质量份数将各组分进行配料并混合，各粉料的粒度均为500目；
（2）将上述粉料装入球磨机中，然后注水，注水重量和粉料总重量之比为1∶1；（3）球磨湿混12h后取出烘干，烘干温度为150℃；
（4）然后将烘干的物料在球磨机中粉碎到270目，装入模具中并施加50MPa压力，保压5min；
（5）然后放入电炉中烧结，先加热到500℃保温0.5h，然后再升温1350℃，保温3h；之后随炉冷却便得到增强型金属陶瓷耐磨复合材料。
实施例2
一种增强型金属陶瓷耐磨复合材料，包括如下质量份数的组分：
纳米碳化钼35份，纳米陶瓷粉25份，玻璃纤维15份，钴10份，铬15份，碳氮化钛15份，氧化锆3份，氧化硅5份，氧化铈10份，氧化铝3份，碳化铌10份，碳化硅15份，碳化钒3份，铜9份，钛粉5份，偶联剂5份，抗静电剂3份，固化剂3份。
上述一种增强型金属陶瓷耐磨复合材料的制备方法包括如下步骤：
（1）按照质量份数将各组分进行配料并混合，各粉料的粒度均为800目；
（2）将上述粉料装入球磨机中，然后注水，注水重量和粉料总重量之比为1∶1；（3）球磨湿混12h后取出烘干，烘干温度为200℃；
（4）然后将烘干的物料在球磨机中粉碎到500目，装入模具中并施加50MPa压力，保压5min；
（5）然后放入电炉中烧结，先加热到600℃保温2h，然后再升温1450℃，保温5h；之后随炉冷却便得到增强型金属陶瓷耐磨复合材料。
实施例3
一种增强型金属陶瓷耐磨复合材料，包括如下质量份数的组分：
纳米碳化钼27份，纳米陶瓷粉18份，玻璃纤维11份，钴6份，铬12份，碳氮化钛11份，氧化锆1.5份，氧化硅3.5份，氧化铈8.5份，氧化铝1.5份，碳化铌7份，碳化硅7份，碳化钒1.5份，铜6份，钛粉2份，偶联剂2份，抗静电剂1.5份，固化剂1.5份。
上述一种增强型金属陶瓷耐磨复合材料的制备方法包括如下步骤：
（1）按照质量份数将各组分进行配料并混合，各粉料的粒度均为650目；
（2）将上述粉料装入球磨机中，然后注水，注水重量和粉料总重量之比为1∶1；（3）球磨湿混12h后取出烘干，烘干温度为170℃；
（4）然后将烘干的物料在球磨机中粉碎到350目，装入模具中并施加50MPa压力，保压5min；
（5）然后放入电炉中烧结，先加热到550℃保温1h，然后再升温1400℃，保温4h；之后随炉冷却便得到增强型金属陶瓷耐磨复合材料。
本发明金属陶瓷复合材料具有优良的性能，其抗弯强度可高达2500MPa，洛氏硬度可达93；且还具有优良的耐磨损性和耐高温性能；制备方法简单易行，适于大范围推广应用，制备工艺简便，烧结温度低，成本低，能耗低，环境协调性好，并且同时具有强度和韧性高、热震性好和耐磨性突出等综合性能。同时本发明金属陶瓷复合材料还具有良好的机械强度、韧性、抗磨特性，利用陶瓷的高硬度、耐磨性能，以及塑料的防腐性能、耐冲击能力，同时在阻燃、抗静电等方面也有很好的性能，而且重量轻、使用寿命长，成本低。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种增强型金属陶瓷耐磨复合材料，其特征在于：包括如下质量份数的组分：
纳米碳化钼25-35份，纳米陶瓷粉15-25份，玻璃纤维10-15份，钴5-10份，铬10-15份，碳氮化钛10-15份，氧化锆1-3份，氧化硅3-5份，氧化铈8-10份，氧化铝1-3份，碳化铌5-10份，碳化硅5-15份，碳化钒1-3份，铜4-9份，钛粉1-5份，偶联剂1-5份，抗静电剂1-3份，固化剂1-3份。
2.根据权利要求1所述的一种增强型金属陶瓷耐磨复合材料，其特征在于：包括如下质量份数的组分：
纳米碳化钼25-30份，纳米陶瓷粉15-20份，玻璃纤维10-12份，钴5-8份，铬10-13份，碳氮化钛10-12份，氧化锆1-2份，氧化硅3-4份，氧化铈8-9份，氧化铝1-2份，碳化铌5-8份，碳化硅5-10份，碳化钒1-2份，铜5-8份，钛粉1-3份，偶联剂1-3份，抗静电剂1-2份，固化剂1-2份。
3.根据权利要求1所述的一种增强型金属陶瓷耐磨复合材料，其特征在于：包括如下质量份数的组分：
纳米碳化钼27份，纳米陶瓷粉18份，玻璃纤维11份，钴6份，铬12份，碳氮化钛11份，氧化锆1.5份，氧化硅3.5份，氧化铈8.5份，氧化铝1.5份，碳化铌7份，碳化硅7份，碳化钒1.5份，铜6份，钛粉2份，偶联剂2份，抗静电剂1.5份，固化剂1.5份。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种增强型金属陶瓷耐磨复合材料，其特征在于：所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550或硅烷偶联剂KH560。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种增强型金属陶瓷耐磨复合材料，其特征在于：所述抗静电剂为乙氧基月桂酷胺。
6.根据权利要求1或2或3所述的一种增强型金属陶瓷耐磨复合材料，其特征在于：所述固化剂为间苯二甲胺、间苯二胺其中的一种或两种混合物。
7.根据权利要求1-6任一一项所述的一种增强型金属陶瓷耐磨复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）按照质量份数将各组分进行配料并混合，各粉料的粒度均为500-800目；
（2）将上述粉料装入球磨机中，然后注水，注水重量和粉料总重量之比为1∶1；（3）球磨湿混12h后取出烘干，烘干温度为150-200℃；
（4）然后将烘干的物料在球磨机中粉碎到270-500目，装入模具中并施加50MPa压力，保压5min；
（5）然后放入电炉中烧结，先加热到500-600℃保温0.5-2h，然后再升温1350℃～1450℃，保温3-5h；之后随炉冷却便得到增强型金属陶瓷耐磨复合材料。
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