CN105755405A - 一种增强型金属陶瓷复合材料及其制备方法 - Google Patents

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王爽
邱晶
刘晓东
黄明明
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract

本发明公开了一种增强型金属陶瓷复合材料及其制备方法，该复合材料由以下质量份的各组分组成：黏土78?91份、石蜡12?25份、硬脂酸12?25份、玻璃纤维2?11份、色母粒4?10份、棕榈酸异丙酯3?15份、云母9?20份、碳酸镁5?14份、铜粉3?21份。本发明制得的复合材料硬度高，冲击韧性好，延伸率高，同时制备工艺简单，可广泛用于工业生产中。

Description

一种增强型金属陶瓷复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于陶瓷材料领域，具体涉及一种增强型金属陶瓷复合材料及其制备方法。
背景技术
为了使陶瓷既可以耐高温又不容易破碎，人们在制作陶瓷的粘土里加了些金属粉，因此制成了金属陶瓷。
金属陶瓷分为以陶瓷为基质和以金属为基质两类，金属基金属陶瓷通常具有高温强度高、密度小、易加工、耐腐蚀、导热性好等特点，因此常用于制造飞机和导弹的结构件、发动机活塞、化工机械零件等。陶瓷基金属陶瓷主要可以细分为以下几种类型：氧化物基金属陶瓷、碳化物基金属陶瓷、氮化物基金属陶瓷、硼化物基金属陶瓷、硅化物基金属陶瓷。
由于金属陶瓷使用环境的特殊性，其硬度，韧性和延伸率等性能的不足极大地限制了其发展。
发明内容
为了克服以上现有技术的不足，本发明提供了一种增强型金属陶瓷复合材料及其制备方法，制得的复合材料硬度高，冲击韧性好，延伸率高，同时制备工艺简单，可广泛用于工业生产中。
本发明采用的技术方案是：一种增强型金属陶瓷复合材料，由以下质量份的各组分组成：黏土78-91份、石蜡12-25份、硬脂酸12-25份、玻璃纤维2-11份、色母粒4-10份、棕榈酸异丙酯3-15份、云母9-20份、碳酸镁5-14份、铜粉3-21份。
优选的，一种增强型金属陶瓷复合材料，由以下质量份的各组分组成：黏土81-88份、石蜡15-20份、硬脂酸15-20份、玻璃纤维3-7份、色母粒6-9份、棕榈酸异丙酯6-12份、云母12-16份、碳酸镁8-13份、铜粉5-16份。
更优选的，一种增强型金属陶瓷复合材料，由以下质量份的各组分组成：黏土85份、石蜡17份、硬脂酸17份、玻璃纤维5份、色母粒8份、棕榈酸异丙酯10份、云母14份、碳酸镁11份、铜粉12份。
优选的，上述石蜡和硬脂酸的质量份比为1:1。
一种增强型金属陶瓷复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按上述质量份，黏土、石蜡、硬脂酸、玻璃纤维、色母粒、棕榈酸异丙酯、云母、碳酸镁和铜粉混合后粉碎，经干法球磨后得到粉料；
(2)将步骤(1)所得粉料压制成型，其中温度为260-320℃，压力为48-60MPa，模温为75-95℃，得到坯料；
(3)将步骤(2)所得坯料在1500-1800℃条件下烧结2-4h，保温，在2000-2300℃条件下烧结0.5-2.5h，随炉冷却后即得。
优选的，上述步骤(1)中球磨时间为1-3h。
优选的，上述步骤(2)压制成型过程在氮气环境中进行。
优选的，上述步骤(3)中保温时间为0.5-3h。
有益效果：本发明制得的复合材料硬度在65-67HRB之间，冲击韧性在563-582J/cm2之间，延伸率在42-43％之间，由于组分之间的协同作用，硬度高，冲击韧性好，延伸率高，同时制备工艺简单，可广泛用于工业生产中。
具体实施方式
实施例1
一种增强型金属陶瓷复合材料，由以下质量份的各组分组成：黏土78份、石蜡12份、硬脂酸12份、玻璃纤维2份、色母粒4份、棕榈酸异丙酯3份、云母9份、碳酸镁5份、铜粉3份。
制备方法：
(1)按上述质量份，黏土、石蜡、硬脂酸、玻璃纤维、色母粒、棕榈酸异丙酯、云母、碳酸镁和铜粉混合后粉碎，经干法球磨1h后得到粉料；
(2)将步骤(1)所得粉料在氮气环境中压制成型，其中温度为260℃，压力为48MPa，模温为75℃，得到坯料；
(3)将步骤(2)所得坯料在1500℃条件下烧结2h，保温0.5h，在2000℃条件下烧结0.5h，随炉冷却后即得。
实施例2
一种增强型金属陶瓷复合材料，由以下质量份的各组分组成：黏土91份、石蜡25份、硬脂酸25份、玻璃纤维11份、色母粒10份、棕榈酸异丙酯15份、云母20份、碳酸镁14份、铜粉21份。
制备方法：
(1)按上述质量份，黏土、石蜡、硬脂酸、玻璃纤维、色母粒、棕榈酸异丙酯、云母、碳酸镁和铜粉混合后粉碎，经干法球磨3h后得到粉料；
(2)将步骤(1)所得粉料在氮气环境中压制成型，其中温度为320℃，压力为60MPa，模温为95℃，得到坯料；
(3)将步骤(2)所得坯料在1800℃条件下烧结4h，保温3h，在2300℃条件下烧结2.5h，随炉冷却后即得。
实施例3
一种增强型金属陶瓷复合材料，由以下质量份的各组分组成：黏土81份、石蜡15份、硬脂酸15份、玻璃纤维3份、色母粒6份、棕榈酸异丙酯6份、云母12份、碳酸镁8份、铜粉5份。
制备方法：
(1)按上述质量份，黏土、石蜡、硬脂酸、玻璃纤维、色母粒、棕榈酸异丙酯、云母、碳酸镁和铜粉混合后粉碎，经干法球磨1.5h后得到粉料；
(2)将步骤(1)所得粉料在氮气环境中压制成型，其中温度为270℃，压力为50MPa，模温为80℃，得到坯料；
(3)将步骤(2)所得坯料在1600℃条件下烧结2.5h，保温1h，在2100℃条件下烧结1h，随炉冷却后即得。
实施例4
一种增强型金属陶瓷复合材料，由以下质量份的各组分组成：黏土88份、石蜡20份、硬脂酸20份、玻璃纤维7份、色母粒9份、棕榈酸异丙酯12份、云母16份、碳酸镁13份、铜粉16份。
制备方法：
(1)按上述质量份，黏土、石蜡、硬脂酸、玻璃纤维、色母粒、棕榈酸异丙酯、云母、碳酸镁和铜粉混合后粉碎，经干法球磨2.5h后得到粉料；
(2)将步骤(1)所得粉料在氮气环境中压制成型，其中温度为310℃，压力为55MPa，模温为90℃，得到坯料；
(3)将步骤(2)所得坯料在1700℃条件下烧结3h，保温2h，在2200℃条件下烧结1h，随炉冷却后即得。
实施例5
一种增强型金属陶瓷复合材料，由以下质量份的各组分组成：黏土85份、石蜡17份、硬脂酸17份、玻璃纤维5份、色母粒8份、棕榈酸异丙酯10份、云母14份、碳酸镁11份、铜粉12份。
制备方法：
(1)按上述质量份，黏土、石蜡、硬脂酸、玻璃纤维、色母粒、棕榈酸异丙酯、云母、碳酸镁和铜粉混合后粉碎，经干法球磨2.5h后得到粉料；
(2)将步骤(1)所得粉料在氮气环境中压制成型，其中温度为300℃，压力为54MPa，模温为85℃，得到坯料；
(3)将步骤(2)所得坯料在1700℃条件下烧结2.5h，保温1.5h，在2100℃条件下烧结2h，随炉冷却后即得。
性能测试：
实施例1-5制得的复合材料和普通金属陶瓷材料性能测试结果如下表所示：
硬度HRB 冲击韧性J/cm2 延伸率(％)
实施例1 65 563 42
实施例2 66 576 42
实施例3 66 569 43
实施例4 66 577 43
实施例5 67 582 43
普通金属陶瓷材料 51 306 28
从上表中可以看出：实施例1-5制得的复合材料硬度在65-67HRB之间，冲击韧性在563-582J/cm2之间，延伸率在42-43％之间；而普通金属陶瓷材料硬度为51HRB，冲击韧性为306J/cm2，延伸率为28％。由此可知，本发明制得的金属陶瓷复合材料由于组分之间的协同作用，硬度高，冲击韧性好，延伸率高，同时制备工艺简单，可广泛用于工业生产中。

Claims (8)

1. 一种增强型金属陶瓷复合材料，其特征在于，由以下质量份的组分组成：黏土78-91份、石蜡12-25份、硬脂酸12-25份、玻璃纤维2-11份、色母粒4-10份、棕榈酸异丙酯3-15份、云母9-20份、碳酸镁5-14份、铜粉3-21份。
2. 根据权利要求1所述的增强型金属陶瓷复合材料，其特征在于，由以下质量份的组分组成：黏土81-88份、石蜡15-20份、硬脂酸15-20份、玻璃纤维3-7份、色母粒6-9份、棕榈酸异丙酯6-12份、云母12-16份、碳酸镁8-13份、铜粉5-16份。
3.根据权利要求1所述的增强型金属陶瓷复合材料，其特征在于，由以下质量份的组分组成：黏土85份、石蜡17份、硬脂酸17份、玻璃纤维5份、色母粒8份、棕榈酸异丙酯10份、云母14份、碳酸镁11份、铜粉12份。
4.根据权利要求1所述的增强型金属陶瓷复合材料，其特征在于，所述石蜡和硬脂酸的质量份比为1:1。
5.权利要求1至4任何一项所述的增强型金属陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）按上述质量份，黏土、石蜡、硬脂酸、玻璃纤维、色母粒、棕榈酸异丙酯、云母、碳酸镁和铜粉混合后粉碎，经干法球磨后得到粉料；
（2）将步骤（1）所得粉料压制成型，其中温度为260-320℃，压力为48-60MPa，模温为75-95℃，得到坯料；
（3）将步骤（2）所得坯料在1500-1800℃条件下烧结2-4h，保温，在2000-2300℃条件下烧结0.5-2.5h，随炉冷却后即得。
6. 根据权利要求5所述的增强型金属陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中球磨时间为1-3h。
7. 根据权利要求5所述的增强型金属陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）压制成型过程在氮气环境中进行。
8. 根据权利要求5所述的增强型金属陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中保温时间为0.5-3h。
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