CN106756386A - 一种金属陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种金属陶瓷材料，包含如下重量组份的各物质：氧化铝4‑8份、氯化镧3‑7份、三氧化二锡2‑7份、二氧化钛5‑10份、硅酸铝8‑12份、碳酸钼6‑10份、锌粉7‑12份、铬粉3‑6份、锰粉4‑10份、硼酸锆3‑8份、偏磷酸钒2‑5份、硅化钼2‑7份。本发明不使用碳化钨，大幅度降低了材料的应用成本，节约钨资源，同时提高了该材料的强度、硬度、耐高温和耐腐蚀性能，制备工艺简便，易推广。

Description

一种金属陶瓷材料及其制备方法
技术领域
本发明属于新型陶瓷材料领域，特别涉及一种金属陶瓷材料及其制备方法。
背景技术
陶瓷材料大多是氧化物、氮化物、硼化物和碳化物等，常见的陶瓷材料有粘土、氧化铝、高岭土等，陶瓷材料一般硬度较高，但可塑性较差，传统的陶瓷由于热膨胀系数大，韧性差，耐磨性差，在高温环境下容易破碎，因此其应用领域受到很大的限制，金属材料具有抗热震性、韧性好等特点，因而可以在许多领域中都得到广泛应用，但是它又因易氧化和高温强度不高等缺点限制了发展，而陶瓷材料具有硬度高，耐热性好，耐腐蚀等特点，如果通过一定的工艺方法将他们结合起来制成金属陶瓷，则可兼有二者的优点。
金属陶瓷是由陶瓷和粘接金属组成的非均质的复合材料。陶瓷主要是氧化铝、氧化锆等耐高温氧化物或它们的固溶体，粘接金属主要是铬、钼、钨、钛等高熔点金属。将陶瓷和粘接金属研磨混合均匀，成型后在不活泼气氛中烧结，就可制得金属陶瓷。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，得到广泛应用。目前常用的金属陶瓷材料主要集中在碳化钨上，其主要成分是碳化钨和一定的粘结相金属（镍、钼等）组成。碳化钨在硬度、韧性和抗弯强度等方面都具有比较好的性能，但是由于钨本身密度很高，碳化钨材料的密度限制了其进一步应用，同时在耐高温方面存在不足；因此，本发明即是找到一种耐腐蚀、硬度高、高温稳定性能佳的金属陶瓷材料。
发明内容
针对上述缺陷，本发明的目的是提供一种金属陶瓷材料及其制备方法，不使用碳化钨的前提下，获得一种耐腐蚀、硬度高、高温稳定性能佳的金属陶瓷材料。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种金属陶瓷材料，包含如下重量组份的各物质：氧化铝4-8份、氯化镧3-7份、三氧化二锡2-7份、二氧化钛5-10份、硅酸铝8-12份、碳酸钼6-10份、锌粉7-12份、铬粉3-6份、锰粉4-10份、硼酸锆3-8份、偏磷酸钒2-5份、硅化钼2-7份。
进一步的，所述氧化铝5-7份、氯化镧4-7份、三氧化二锡3-6份、二氧化钛6-9份、硅酸铝9-11份、碳酸钼7-10份、锌粉8-11份、铬粉4-6份、锰粉5-8份、硼酸锆4-7份、偏磷酸钒3-5份、硅化钼2-5份。
进一步的，所述氧化铝6份、氯化镧5份、三氧化二锡5份、二氧化钛8份、硅酸铝10份、碳酸钼9份、锌粉10份、铬粉5份、锰粉7份、硼酸锆5份、偏磷酸钒4份、硅化钼3份。
一种金属陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：
S1：将氧化铝4-8份、氯化镧3-7份、三氧化二锡2-7份、二氧化钛5-10份、硅酸铝8-12份、碳酸钼6-10份、锌粉7-12份、铬粉3-6份、锰粉4-10份、硼酸锆3-8份、偏磷酸钒2-5份、硅化钼2-7份加入球磨机中进行球磨，球料比为35：1-50：1，球磨机转速为350-500rpm，球磨1-2.5h；
S2：将步骤S1中所得混合料加入高速混合机中，在温度150-200℃，转速250-350rpm下搅拌反应30-50min；
S3：将步骤S2中所得混合料放入高温焙烧炉中焙烧，以速率15-20℃/min先升温度至500-600℃，保温反应40-60min；再以速率25-30℃/min升温至700-800℃，保温反应30-40min；随后以速率30-35℃/min升温至1000-1150℃，保温反应1.5-2.5h；待反应冷却至室温后即可得到所述金属陶瓷材料。
进一步的，步骤S1中所述球料比为45：1，球磨机转速为400rpm，球磨1.5h。
进一步的，步骤S2中在温度180℃，转速300rpm下搅拌反应45min。
进一步的，步骤S3中以速率18℃/min先升温度至580℃，保温反应50min；再以速率25℃/min升温至750℃，保温反应35min；随后以速率32℃/min升温至1100℃，保温反应2h。
本发明与现有技术相比，其有益效果为：
本发明所述一种金属陶瓷材料的制备方法，与传统的金属陶瓷材料配方相比而言，通过加入铬粉和锰粉，大幅度降低了材料的应用成本，节约钨资源，同时提高了该材料的强度和硬度；通过加入硼酸锆和偏磷酸钒提高该材料的高温稳定性能；通过加入氯化镧和硅化钼提高材料的耐腐蚀性能；该材料制备工艺简便，易推广，其优异的综合性能，使其应用更为广泛和普遍。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
S1：将氧化铝4份、氯化镧3份、三氧化二锡2份、二氧化钛5份、硅酸铝8份、碳酸钼6份、锌粉7份、铬粉3份、锰粉4份、硼酸锆3份、偏磷酸钒2份、硅化钼2份加入球磨机中进行球磨，球料比为35：1，球磨机转速为350rpm，球磨1h；
S2：将步骤S1中所得混合料加入高速混合机中，在温度150℃，转速250rpm下搅拌反应30min；
S3：将步骤S2中所得混合料放入高温焙烧炉中焙烧，以速率15℃/min先升温度至500℃，保温反应40min；再以速率25℃/min升温至700℃，保温反应30min；随后以速率30℃/min升温至1000℃，保温反应1.5h；待反应冷却至室温后即可得到所述金属陶瓷材料。
对比例1
S1：将氧化铝4份、三氧化二锡2份、二氧化钛5份、硅酸铝8份、碳酸钼6份、锌粉7份加入球磨机中进行球磨，球料比为35：1，球磨机转速为350rpm，球磨1h；
S2：将步骤S1中所得混合料加入高速混合机中，在温度150℃，转速250rpm下搅拌反应30min；
S3：将步骤S2中所得混合料放入高温焙烧炉中焙烧，以速率15℃/min先升温度至500℃，保温反应40min；随后以速率30℃/min升温至1000℃，保温反应1.5h；待反应冷却至室温后即可得到所述金属陶瓷材料。
实施例2
S1：将氧化铝8份、氯化镧7份、三氧化二锡7份、二氧化钛10份、硅酸铝12份、碳酸钼10份、锌粉12份、铬粉6份、锰粉10份、硼酸锆8份、偏磷酸钒5份、硅化钼7份加入球磨机中进行球磨，球料比为50：1，球磨机转速为500rpm，球磨2.5h；
S2：将步骤S1中所得混合料加入高速混合机中，在温度200℃，转速350rpm下搅拌反应50min；
S3：将步骤S2中所得混合料放入高温焙烧炉中焙烧，以速率20℃/min先升温度至600℃，保温反应60min；再以速率30℃/min升温至800℃，保温反应40min；随后以速率35℃/min升温至1150℃，保温反应2.5h；待反应冷却至室温后即可得到所述金属陶瓷材料。
对比例2
S1：将氧化铝8份、三氧化二锡7份、二氧化钛10份、硅酸铝12份、碳酸钼10份、锌粉12份加入球磨机中进行球磨，球料比为50：1，球磨机转速为500rpm，球磨2.5h；
S2：将步骤S1中所得混合料加入高速混合机中，在温度200℃，转速350rpm下搅拌反应50min；
S3：将步骤S2中所得混合料放入高温焙烧炉中焙烧，以速率20℃/min先升温度至600℃，保温反应60min；随后以速率35℃/min升温至1150℃，保温反应2.5h；待反应冷却至室温后即可得到所述金属陶瓷材料。
实施例3
S1：将氧化铝5份、氯化镧4份、三氧化二锡3份、二氧化钛6份、硅酸铝9份、碳酸钼7份、锌粉8份、铬粉4份、锰粉5份、硼酸锆4份、偏磷酸钒3份、硅化钼2份加入球磨机中进行球磨，球料比为40：1，球磨机转速为400rpm，球磨1.5h；
S2：将步骤S1中所得混合料加入高速混合机中，在温度150℃，转速250rpm下搅拌反应30min；
S3：将步骤S2中所得混合料放入高温焙烧炉中焙烧，以速率15℃/min先升温度至500℃，保温反应40min；再以速率25℃/min升温至700℃，保温反应30min；随后以速率30℃/min升温至1000℃，保温反应1.5h；待反应冷却至室温后即可得到所述金属陶瓷材料。
实施例4
S1：将氧化铝7份、氯化镧7份、三氧化二锡6份、二氧化钛9份、硅酸铝11份、碳酸钼10份、锌粉11份、铬粉6份、锰粉8份、硼酸锆7份、偏磷酸钒5份、硅化钼5份加入球磨机中进行球磨，球料比为45：1，球磨机转速为450rpm，球磨2h；
S2：将步骤S1中所得混合料加入高速混合机中，在温度180℃，转速300rpm下搅拌反应50min；
S3：将步骤S2中所得混合料放入高温焙烧炉中焙烧，以速率20℃/min先升温度至600℃，保温反应60min；再以速率30℃/min升温至800℃，保温反应40min；随后以速率35℃/min升温至1150℃，保温反应2.5h；待反应冷却至室温后即可得到所述金属陶瓷材料。
实施例5
S1：将氧化铝6份、氯化镧5份、三氧化二锡5份、二氧化钛8份、硅酸铝10份、碳酸钼9份、锌粉10份、铬粉5份、锰粉7份、硼酸锆5份、偏磷酸钒4份、硅化钼3份加入球磨机中进行球磨，球料比为45：1，球磨机转速为400rpm，球磨1.5h；
S2：将步骤S1中所得混合料加入高速混合机中，在温度180℃，转速300rpm下搅拌反应45min；
S3：将步骤S2中所得混合料放入高温焙烧炉中焙烧，以速率18℃/min先升温度至580℃，保温反应50min；再以速率25℃/min升温至750℃，保温反应35min；随后以速率32℃/min升温至1100℃，保温反应2h；待反应冷却至室温后即可得到所述金属陶瓷材料。
将上述各个实施例和对比例得到的金属陶瓷材料在700℃铝液中腐蚀10h，测试其耐腐蚀性能；并测试其强度和耐高温性能；结果如下：
实验 平均腐蚀速率（mm/h） 硬度（HRA） 抗弯强度（N/mm2） 800℃下硬度（HRA）
实施例1 4.8×10-5 86.5 1120 83.4
对比例1 8.0×10-3 48.7 765 20.4
实施例2 4.3×10-5 87 1235 82.8
对比例2 10.0×10-3 50.6 820 21.5
实施例3 4.0×10-5 87.6 1350 82.9
实施例4 3.5×10-5 88.2 1460 86.1
实施例5 3.2×10-5 89 1680 86.5
本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种金属陶瓷材料，其特征在于，包含如下重量组份的各物质：氧化铝4-8份、氯化镧3-7份、三氧化二锡2-7份、二氧化钛5-10份、硅酸铝8-12份、碳酸钼6-10份、锌粉7-12份、铬粉3-6份、锰粉4-10份、硼酸锆3-8份、偏磷酸钒2-5份、硅化钼2-7份。
2.根据权利要求1所述的一种金属陶瓷材料，其特征在于，所述氧化铝5-7份、氯化镧4-7份、三氧化二锡3-6份、二氧化钛6-9份、硅酸铝9-11份、碳酸钼7-10份、锌粉8-11份、铬粉4-6份、锰粉5-8份、硼酸锆4-7份、偏磷酸钒3-5份、硅化钼2-5份。
3.根据权利要求2所述的一种金属陶瓷材料，其特征在于，所述氧化铝6份、氯化镧5份、三氧化二锡5份、二氧化钛8份、硅酸铝10份、碳酸钼9份、锌粉10份、铬粉5份、锰粉7份、硼酸锆5份、偏磷酸钒4份、硅化钼3份。
4.一种金属陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将氧化铝4-8份、氯化镧3-7份、三氧化二锡2-7份、二氧化钛5-10份、硅酸铝8-12份、碳酸钼6-10份、锌粉7-12份、铬粉3-6份、锰粉4-10份、硼酸锆3-8份、偏磷酸钒2-5份、硅化钼2-7份加入球磨机中进行球磨，球料比为35：1-50：1，球磨机转速为350-500rpm，球磨1-2.5h；
S2：将步骤S1中所得混合料加入高速混合机中，在温度150-200℃，转速250-350rpm下搅拌反应30-50min；
S3：将步骤S2中所得混合料放入高温焙烧炉中焙烧，以速率15-20℃/min先升温度至500-600℃，保温反应40-60min；再以速率25-30℃/min升温至700-800℃，保温反应30-40min；随后以速率30-35℃/min升温至1000-1150℃，保温反应1.5-2.5h；待反应冷却至室温后即可得到所述金属陶瓷材料。
5.根据权利要求4所述的一种金属陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述球料比为45：1，球磨机转速为400rpm，球磨1.5h。
6.根据权利要求4所述的一种金属陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中在温度180℃，转速300rpm下搅拌反应45min。
7.根据权利要求4所述的一种金属陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中以速率18℃/min先升温度至580℃，保温反应50min；再以速率25℃/min升温至750℃，保温反应35min；随后以速率32℃/min升温至1100℃，保温反应2h。
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