CN105174962A - 一种高强度高温钛陶瓷及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强度高温钛陶瓷及其制备方法,其特征在于,由下列重量份的原料制成:碳化钛85-115、氧化铝1-6、高岭土粉2-7、氧化锆粉0.6-2、氧化钙粉1.5-4、二氧化钛粉2-6、三氧化二锑粉1.5-3.5、碳纤维0.6-3、表面活性剂0.05-0.3、聚乙烯0.5-3、无水乙醇20-30、甘油2-5、去离子水65-75。本发明的碳化钛强度明显提高,且本发明工艺简单合理,原料来源方便。
Description
技术领域
本发明涉及一种高强度高温钛陶瓷及其制备方法,属于陶瓷生产技术领域。
背景技术
碳化钛陶瓷属面心立方晶体,具有机械强度大、化学稳定度高、热传导性号和良好的热震稳定性等,这些特性使它们在航空航天、汽车工业、机械加工、化工、光学以及能源等领域得到广泛应用。但碳化钛陶瓷加工困难,碳化钛是一种典型的共价键结合的稳定化合物,扩散系数较低,很难用常规的烧结方法达到致密化,必须通过添加一些烧结助剂以降低表面能或增加表面积,以及采用特殊工艺处理来获得致密的钛陶瓷,以提高其成品强度及成品产出率。
发明内容
本发明的目的是提供一种高强度高温的钛陶瓷。
为了实现本发明的目的,本发明通过以下方案实施:
一种高强度高温钛陶瓷,由下列重量份的原料制成:碳化钛85-115、氧化铝1-6、高岭土粉2-7、氧化锆粉0.6-2、氧化钙粉1.5-4、二氧化钛粉2-6、三氧化二锑粉1.5-3.5、碳纤维0.6-3、表面活性剂0.05-0.3、聚乙烯0.5-3、无水乙醇20-30、甘油2-5、去离子水65-75。
优选的,所述的高强度高温钛陶瓷由下列重量份的原料制成:碳化钛90-105、氧化铝2-4、高岭土粉4-6、氧化锆粉1-1.5、氧化钙粉2-3、二氧化钛粉3-5、三氧化二锑粉2.5-3、碳纤维1.6-2.5、表面活性剂0.05-0.2、聚乙烯1.5-2、无水乙醇26-28、甘油3-5、去离子水68-70。
优选的,所述的高强度高温钛陶瓷由下列重量份的原料制成:碳化钛100、氧化铝3、高岭土粉4.5、氧化锆粉1.2、氧化钙粉2.8、二氧化钛粉4.4、三氧化二锑粉2.9、碳纤维2.1、表面活性剂0.15、聚乙烯1.7、无水乙醇26、甘油4.6、去离子水68。
优选的,所述碳纤维的长度为4-8mm。
优选的,所述表面活性剂为单硬脂酸甘油酯、脂肪酸山梨坦、聚山梨酯、二辛基琥珀酸磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的一种或多种。
制备上述高强度高温钛陶瓷的方法,包括以下具体步骤:
(1)将碳化钛、氧化铝、高岭土粉、氧化锆粉、氧化钙粉、碳黑粉、二氧化钛粉、三氧化二锑粉、去离子水混合加到球磨罐中球磨60-90min,再加入聚乙烯、无水乙醇、甘油,以350-450rpm的转速进行混合40-60min;
(2)加入碳纤维、表面活性剂,转速降低至150-250rpm,继续球磨40-60min,将混合均匀的浆料在室温下抽气缓慢加到金属模具中,然后置于恒温箱中于700-750℃下保温30-50分钟后脱模,在室温下自然干燥至恒重;
(3)将步骤(2)得到的钛陶瓷素坯置入反应烧结炉中,将烧结炉抽真空,升温至1650-1680℃,恒温保持120-180min,试样随炉冷却至500℃;
(4)将试样移至热风炉中在200℃恒温下进行二次冷却30min,试样随炉冷却至室温即可得到高强度高温钛陶瓷。
优选的,所述球磨罐配备有高纯度氧化铝磨球。
优选的,步骤(3)中所述升温速率为30-40℃/min。
本发明的优点是:
(1)本发明添加的碳纤维可以提高碳化钛陶瓷的力学性能,提高陶瓷的断裂韧性,提高素坯的强度和致密度,满足机械加工要求添加的碳化钛进一步提高陶瓷的耐磨性,高岭土粉、氧化钙粉的添加可以提高陶瓷的耐高温性。
(2)本发明添加的氧化铝、氧化锆粉、碳黑粉提高了钛陶瓷的致密性和导热性,促进了碳化钛的结晶,提高成品率。
(3)本发明工艺简单,恒温箱脱模以及二次降温提高了陶瓷的均匀度和致密性,进一步的提高了陶瓷的强度,同时提高了烧结炉的利用效率,降低了能耗。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步详细描述,但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
一种高强度高温钛陶瓷,由下列重量份的原料制成:碳化钛100、氧化铝3、高岭土粉4.5、氧化锆粉1.2、氧化钙粉2.8、二氧化钛粉4.4、碳黑粉2.5、三氧化二锑粉2.9、碳纤维2.1、表面活性剂0.15、聚乙烯1.7、无水乙醇26、甘油4.6、去离子水68。
其中,所述碳纤维的长度为4mm,所述表面活性剂为单硬脂酸甘油酯、十二烷基磺酸钠。
制备上述高强度高温钛陶瓷的方法,包括以下具体步骤:
(1)将碳化钛、氧化铝、高岭土粉、氧化锆粉、碳黑粉、氧化钙粉、二氧化钛粉、三氧化二锑粉、去离子水混合加到配备有高纯度氧化铝磨球的球磨罐中球磨90min,再加入聚乙烯、无水乙醇、甘油,以400rpm的转速进行混合60min;
(2)加入碳纤维、表面活性剂,转速降低至200rpm,继续球磨60min,将混合均匀的浆料在室温下抽气缓慢加到金属模具中,然后置于恒温箱中于750℃下保温50分钟后脱模,在室温下自然干燥至恒重;
(3)将步骤(2)得到的钛陶瓷素坯置入反应烧结炉中,将烧结炉抽真空,升温至1680℃,恒温保持120-180min,试样随炉冷却至500℃;
(4)将试样移至热风炉中在200℃恒温下进行二次冷却30min,试样随炉冷却至室温即可得到高强度高温钛陶瓷。
本实施例得到的钛陶瓷其性能为:硬度(HV):2800;抗压强度(MPa):4800;抗弯强度(MPa):580。
实施例2
一种高强度高温钛陶瓷,由下列重量份的原料制成:碳化钛115、氧化铝6、高岭土粉7、氧化锆粉2、氧化钙粉4、二氧化钛粉6、碳黑粉2、三氧化二锑粉3.5、碳纤维3、表面活性剂0.3、聚乙烯3、无水乙醇30、甘油5、去离子水75。
其中,所述碳纤维的长度为8mm,所述表面活性剂为单硬脂酸甘油酯、聚山梨酯、脂肪酸山梨坦、二辛基琥珀酸磺酸钠、十二烷基磺酸钠。
制备上述高强度高温钛陶瓷的方法,包括以下具体步骤:
(1)将碳化钛、氧化铝、高岭土粉、氧化锆粉、氧化钙粉、二氧化钛粉、碳黑粉、三氧化二锑粉、去离子水混合加到配备有高纯度氧化铝磨球的球磨罐中球磨60min,再加入聚乙烯、无水乙醇、甘油,以300rpm的转速进行混合40min;
(2)加入碳纤维、表面活性剂,转速降低至100rpm,继续球磨40min,将混合均匀的浆料在室温下抽气缓慢加到金属模具中,然后置于恒温箱中于700℃下保温30分钟后脱模,在室温下自然干燥至恒重;
(3)将步骤(2)得到的钛陶瓷素坯置入反应烧结炉中,将烧结炉抽真空,升温至1650℃,恒温保持120-180min,试样随炉冷却至500℃;
(4)将试样移至热风炉中在200℃恒温下进行二次冷却30min,试样随炉冷却至室温即可得到高强度高温钛陶瓷。
本实施例得到的钛陶瓷其性能为:硬度(HV):2700;抗压强度(MPa):4600;抗弯强度(MPa):560。
实施例3
一种高强度高温钛陶瓷,由下列重量份的原料制成:碳化钛85、氧化铝1、高岭土粉2、氧化锆粉0.6、氧化钙粉1.5、二氧化钛粉2、碳黑粉3、三氧化二锑粉1.5、碳纤维0.6、表面活性剂0.05、聚乙烯0.5、无水乙醇20、甘油2、去离子水65。
其中,所述碳纤维的长度为5mm,所述表面活性剂为聚山梨酯、二辛基琥珀酸磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠。
制备上述高强度高温钛陶瓷的方法,包括以下具体步骤:
(1)将碳化钛、氧化铝、高岭土粉、氧化锆粉、氧化钙粉、二氧化钛粉、碳黑粉、三氧化二锑粉、去离子水混合加到配备有高纯度氧化铝磨球的球磨罐中球磨80min,再加入聚乙烯、无水乙醇、甘油,以350rpm的转速进行混合50min;
(2)加入碳纤维、表面活性剂,转速降低至110rpm,继续球磨50min,将混合均匀的浆料在室温下抽气缓慢加到金属模具中,然后置于恒温箱中于720℃下保温40分钟后脱模,在室温下自然干燥至恒重;
(3)将步骤(2)得到的钛陶瓷素坯置入反应烧结炉中,将烧结炉抽真空,升温至1660℃,恒温保持120-180min,试样随炉冷却至500℃;
(4)将试样移至热风炉中在200℃恒温下进行二次冷却30min,试样随炉冷却至室温即可得到高强度高温钛陶瓷。
本实施例得到的钛陶瓷其性能为:硬度(HV):2650;抗压强度(MPa):4650;抗弯强度(MPa):565。
实施例4
一种高强度高温钛陶瓷,由下列重量份的原料制成:碳化钛105、氧化铝3、高岭土粉5、氧化锆粉1.8、氧化钙粉3、二氧化钛粉4、碳黑粉4、三氧化二锑粉2.5、碳纤维2.8、表面活性剂0.25、聚乙烯2、无水乙醇28、甘油2、去离子水70。
其中,所述碳纤维的长度为4mm,所述表面活性剂为单硬脂酸甘油酯、聚山梨酯、二辛基琥珀酸磺酸钠、十二烷基磺酸钠。
制备上述高强度高温钛陶瓷的方法,包括以下具体步骤:
(1)将碳化钛、氧化铝、高岭土粉、氧化锆粉、氧化钙粉、二氧化钛粉、碳黑粉、三氧化二锑粉、去离子水混合加到配备有高纯度氧化铝磨球的球磨罐中球磨70min,再加入聚乙烯、无水乙醇、甘油,以380rpm的转速进行混合45min;
(2)加入碳纤维、表面活性剂,转速降低至120rpm,继续球磨60min,将混合均匀的浆料在室温下抽气缓慢加到金属模具中,然后置于恒温箱中于720℃下保温40分钟后脱模,在室温下自然干燥至恒重;
(3)将步骤(2)得到的钛陶瓷素坯置入反应烧结炉中,将烧结炉抽真空,升温至1680℃,恒温保持120-180min,试样随炉冷却至500℃;
(4)将试样移至热风炉中在200℃恒温下进行二次冷却30min,试样随炉冷却至室温即可得到高强度高温钛陶瓷。
本实施例得到的钛陶瓷其性能为:硬度(HV):2550;抗压强度(MPa):4700;抗弯强度(MPa):545。
通过上述实施例可以看到,采用本发明制作的钛陶瓷强度明显加大。
本文中应用了具体个例对发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (7)
1.一种高强度高温钛陶瓷,其特征在于,由下列重量份的原料制成:
碳化钛85-115;
氧化铝1-6;
高岭土粉2-7;
氧化锆粉0.6-2;
氧化钙粉1.5-4;
二氧化钛粉2-6;
碳黑粉1.5-4;
三氧化二锑粉1.5-3.5;
碳纤维0.6-3;
表面活性剂0.05-0.3;
聚乙烯0.5-3;
无水乙醇20-30;
甘油2-5;
去离子水65-75。
2.根据权利要求1所述的高强度高温钛陶瓷,其特征在于,由下列重量份的原料制成:
碳化钛90-105;
氧化铝2-4;
高岭土粉4-6;
氧化锆粉1-1.5;
氧化钙粉2-3;
二氧化钛粉3-5;
碳黑粉2-3;
三氧化二锑粉2.5-3;
碳纤维1.6-2.5;
表面活性剂0.05-0.2;
聚乙烯1.5-2;
无水乙醇26-28;
甘油3-5;
去离子水68-70。
3.根据权利要求2所述的高强度高温钛陶瓷,其特征在于,由下列重量份的原料制成:
碳化钛100;
氧化铝3;
高岭土粉4.5;
氧化锆粉1.2;
氧化钙粉2.8;
二氧化钛粉4.4;
碳黑粉2.5;
三氧化二锑粉2.9;
碳纤维2.1;
表面活性剂0.15;
聚乙烯1.7;
无水乙醇26;
甘油4.6;
去离子水68。
4.根据权利要求1-3任一项所述的高强度高温钛陶瓷,其特征在于,所述碳纤维的长度为4-8mm,所述表面活性剂为单硬脂酸甘油酯、脂肪酸山梨坦、聚山梨酯、二辛基琥珀酸磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的一种或多种。
5.一种高强度高温钛陶瓷的制备方法,其特征在于,包括以下具体步骤:
(1)将碳化钛、氧化铝、高岭土粉、碳黑粉、氧化锆粉、氧化钙粉、二氧化钛粉、三氧化二锑粉、去离子水混合加到球磨罐中球磨60-90min,再加入聚乙烯、无水乙醇、甘油,以350-450rpm的转速进行混合40-60min;
(2)加入碳纤维、表面活性剂,转速降低至150-250rpm,继续球磨40-60min,将混合均匀的浆料在室温下抽气缓慢加到金属模具中,然后置于恒温箱中于700-750℃下保温30-50分钟后脱模,在室温下自然干燥至恒重;
(3)将步骤(2)得到的钛陶瓷素坯置入反应烧结炉中,将烧结炉抽真空,升温至1650-1680℃,恒温保持120-180min,试样随炉冷却至500℃;
(4)将试样移至热风炉中在200℃恒温下进行二次冷却30min,试样随炉冷却至室温即可得到高强度高温钛陶瓷。
6.根据权利要求5所述的高强度高温钛陶瓷的制备方法,其特征在于,所述球磨罐配备有高纯度氧化铝磨球。
7.根据权利要求5所述的高强度高温钛陶瓷的制备方法,其特征在于,步骤(3)中所述升温速率为30-40℃/min。
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