CN107032751A - 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，由以下原料按照重量份组成：纳米氧化锰3‑8份、二硼化钛纤维5‑12份、改性石决明粉末5‑10份、高岭土10‑25份、环氧树脂8‑26份、碳化硅1‑4份、氧化镁3‑6份、氧化钙6‑15份、烧结助剂2‑5份和稳定剂4‑8份。本发明还公布了该陶瓷材料的制备方法。本发明的原料来源广泛，制备工艺简单，适用于大规模的工业化生产；本发明中的改性石决明粉末、二硼化钛纤维、纳米氧化锰、高岭土、环氧树脂等组分起到协同作用，提高产品的强度、硬度和抗弯强度，应用前景广阔。

Description

一种金属陶瓷材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种陶瓷，具体是一种金属陶瓷材料。
背景技术
随着科技的发展，各种新材料如雨后春笋般涌现，陶瓷材料就是其中一种。陶瓷材料是用天然或合成化合物经过成型或高温煅烧制成的一类无机非金属材料，陶瓷的种类很多，用途各异。随着近代科学技术的发展，近百年来又出现了许多新的陶瓷品种。它们不再使用或很少使用粘土、长石、石英等传统陶瓷原料，而是使用其他特殊原料，甚至扩大到非硅酸盐，非氧化物的范围，并且出现了许多新的工艺，金属陶瓷材料就是其中一种，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，碳化钨材料的密度一直是局限其应用的重要阻碍，这就为人们的使用带来了不便。
发明内容
本发明的目的在于提供一种金属陶瓷材料，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种金属陶瓷材料，由以下原料按照重量份组成：纳米氧化锰3-8份、二硼化钛纤维5-12份、改性石决明粉末5-10份、高岭土10-25份、环氧树脂8-26份、碳化硅1-4份、氧化镁3-6份、氧化钙6-15份、烧结助剂2-5份和稳定剂4-8份。
作为本发明进一步的方案：改性石决明粉末为石决明在150-200摄氏度下焙烧2-5小时，焙烧后的石决明降温到常温后再进行研磨，研磨后的粉末放入0.5mol/L的盐酸中15-40分钟，再将浸泡后的产品用去离子水洗至中性并且干燥得到。
作为本发明进一步的方案：烧结助剂采用二氧化镧，稳定剂采用二氧化硅。
所述金属陶瓷材料的制备方法，具体步骤如下：
步骤一，按照重量份称取各种原材料；
步骤二，将纳米氧化锰、改性石决明粉末和高岭土放置在搅拌机中并且加入混合物总量3-6倍重量的水，搅拌机在常温下以150-240rpm的转速搅拌20-30分钟，得到第一混合溶液；
步骤三，将环氧树脂、碳化硅、氧化镁和氧化钙放置在搅拌机中并且加入混合物总量2-4倍重量的水，搅拌机在35-50摄氏度下以100-300rpm的转速搅拌15-45分钟，得到第二混合溶液；
步骤四，将第一混合溶液和第二混合溶液混合搅拌均匀并且在50-68摄氏度下进行烘干，将烘干产物通过球磨混合均匀，然后过150-300目筛，得到混合粉体；
步骤五，将混合粉体、二硼化钛纤维、烧结助剂和稳定剂在温度为950-1350摄氏度下煅烧2-5小时，保温2-3小时候得到半成品；
步骤六，半成品在温度为800-1200摄氏度下煅烧8-15小时，保温4-6小时后，再重复煅烧2-4次，每次煅烧持续2-5小时即可得到成品。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的原料来源广泛，制备工艺简单，适用于大规模的工业化生产；本发明中的改性石决明粉末、二硼化钛纤维、纳米氧化锰、高岭土、环氧树脂等组分起到协同作用，提高产品的强度、硬度和抗弯强度，应用前景广阔。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
实施例1
一种金属陶瓷材料，由以下原料按照重量份组成：纳米氧化锰3份、二硼化钛纤维5份、改性石决明粉末5份、高岭土10份、环氧树脂8份、碳化硅1份、氧化镁3份、氧化钙6份、烧结助剂2份和稳定剂4份。改性石决明粉末为石决明在150摄氏度下焙烧2小时，焙烧后的石决明降温到常温后再进行研磨，研磨后的粉末放入0.5mol/L的盐酸中15分钟，再将浸泡后的产品用去离子水洗至中性并且干燥得到。
所述金属陶瓷材料的制备方法，具体步骤如下：
步骤一，按照重量份称取各种原材料；
步骤二，将纳米氧化锰、改性石决明粉末和高岭土放置在搅拌机中并且加入混合物总量4倍重量的水，搅拌机在常温下以150rpm的转速搅拌20分钟，得到第一混合溶液；
步骤三，将环氧树脂、碳化硅、氧化镁和氧化钙放置在搅拌机中并且加入混合物总量3倍重量的水，搅拌机在38摄氏度下以120rpm的转速搅拌22分钟，得到第二混合溶液；
步骤四，将第一混合溶液和第二混合溶液混合搅拌均匀并且在54摄氏度下进行烘干，将烘干产物通过球磨混合均匀，然后过180目筛，得到混合粉体；
步骤五，将混合粉体、二硼化钛纤维、烧结助剂和稳定剂在温度为950-1350摄氏度下煅烧2-5小时，保温2-3小时候得到半成品；
步骤六，半成品在温度为860摄氏度下煅烧10小时，保温5小时后，再重复煅烧3次，每次煅烧持续4小时即可得到成品。
实施例2
一种金属陶瓷材料，由以下原料按照重量份组成：纳米氧化锰5份、二硼化钛纤维7份、改性石决明粉末8份、高岭土16份、环氧树脂17份、碳化硅2份、氧化镁4份、氧化钙9份、烧结助剂4份和稳定剂6份。烧结助剂采用二氧化镧，稳定剂采用二氧化硅。
所述金属陶瓷材料的制备方法，具体步骤如下：
步骤一，按照重量份称取各种原材料；
步骤二，将纳米氧化锰、改性石决明粉末和高岭土放置在搅拌机中并且加入混合物总量6倍重量的水，搅拌机在常温下以210rpm的转速搅拌26分钟，得到第一混合溶液；
步骤三，将环氧树脂、碳化硅、氧化镁和氧化钙放置在搅拌机中并且加入混合物总量4倍重量的水，搅拌机在45摄氏度下以230rpm的转速搅拌34分钟，得到第二混合溶液；
步骤四，将第一混合溶液和第二混合溶液混合搅拌均匀并且在62摄氏度下进行烘干，将烘干产物通过球磨混合均匀，然后过240目筛，得到混合粉体；
步骤五，将混合粉体、二硼化钛纤维、二氧化镧和二氧化硅在温度为1140摄氏度下煅烧4小时，保温3小时候得到半成品；
步骤六，半成品在温度为1080摄氏度下煅烧12小时，保温4小时后，再重复煅烧2次，每次煅烧持续4小时即可得到成品。
实施例3
一种金属陶瓷材料，由以下原料按照重量份组成：纳米氧化锰8份、二硼化钛纤维10份、改性石决明粉末10份、高岭土23份、环氧树脂25份、碳化硅4份、氧化镁6份、氧化钙13份、烧结助剂4份和稳定剂8份。改性石决明粉末为石决明在200摄氏度下焙烧5小时，焙烧后的石决明降温到常温后再进行研磨，研磨后的粉末放入0.5mol/L的盐酸中40分钟，再将浸泡后的产品用去离子水洗至中性并且干燥得到。烧结助剂采用二氧化镧，稳定剂采用二氧化硅。
所述金属陶瓷材料的制备方法，具体步骤如下：
步骤一，按照重量份称取各种原材料；
步骤二，将纳米氧化锰、改性石决明粉末和高岭土放置在搅拌机中并且加入混合物总量6倍重量的水，搅拌机在常温下以240rpm的转速搅拌28分钟，得到第一混合溶液；
步骤三，将环氧树脂、碳化硅、氧化镁和氧化钙放置在搅拌机中并且加入混合物总量4倍重量的水，搅拌机在50摄氏度下以270rpm的转速搅拌36分钟，得到第二混合溶液；
步骤四，将第一混合溶液和第二混合溶液混合搅拌均匀并且在65摄氏度下进行烘干，将烘干产物通过球磨混合均匀，然后过300目筛，得到混合粉体；
步骤五，将混合粉体、二硼化钛纤维、二氧化镧和二氧化硅在温度为1250摄氏度下煅烧4小时，保温2小时候得到半成品；
步骤六，半成品在温度为1150摄氏度下煅烧12小时，保温5小时后，再重复煅烧4次，每次煅烧持续3小时即可得到成品。
对比例
除不含有改性石决明粉末，对比例1的其余组分和制备方法均与实施例1相同；除不含有二硼化钛纤维，对比例2的其余组分和制备方法均与实施例3相同。
对实施例1-3的产品、对比例1-2的产品和现有金属陶瓷材料进行密度、硬度和抗弯强度的测试，测试结果见表1。
表1
项目 密度(g/cm3) 硬度(HRA) 抗弯强度(MPa)
实施例1 5.89 91 1348
实施例2 5.67 93 1286
实施例3 6.01 88 1309
对比例1 7.59 68 1024
对比例2 8.12 59 923
现有产品 8.36 72 984
从表1可以看出实施例1-3的产品在密度上低于对比例1-2的产品和现有产品，实施例1-3的产品在硬度和抗弯强度上均高于对比例1-2的产品和现有产品。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种金属陶瓷材料，其特征在于，由以下原料按照重量份组成：纳米氧化锰3-8份、二硼化钛纤维5-12份、改性石决明粉末5-10份、高岭土10-25份、环氧树脂8-26份、碳化硅1-4份、氧化镁3-6份、氧化钙6-15份、烧结助剂2-5份和稳定剂4-8份。
2.根据权利要求1所述的金属陶瓷材料，其特征在于，所述改性石决明粉末为石决明在150-200摄氏度下焙烧2-5小时，焙烧后的石决明降温到常温后再进行研磨，研磨后的粉末放入0.5mol/L的盐酸中15-40分钟，再将浸泡后的产品用去离子水洗至中性并且干燥得到。
3.根据权利要求1或2所述的金属陶瓷材料，其特征在于，所述烧结助剂采用二氧化镧，稳定剂采用二氧化硅。
4.一种如权利要求1-3任一所述的金属陶瓷材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一，按照重量份称取各种原材料；
步骤二，将纳米氧化锰、改性石决明粉末和高岭土放置在搅拌机中并且加入混合物总量3-6倍重量的水，搅拌机在常温下以150-240rpm的转速搅拌20-30分钟，得到第一混合溶液；
步骤三，将环氧树脂、碳化硅、氧化镁和氧化钙放置在搅拌机中并且加入混合物总量2-4倍重量的水，搅拌机在35-50摄氏度下以100-300rpm的转速搅拌15-45分钟，得到第二混合溶液；
步骤四，将第一混合溶液和第二混合溶液混合搅拌均匀并且在50-68摄氏度下进行烘干，将烘干产物通过球磨混合均匀，然后过150-300目筛，得到混合粉体；
步骤五，将混合粉体、二硼化钛纤维、烧结助剂和稳定剂在温度为950-1350摄氏度下煅烧2-5小时，保温2-3小时候得到半成品；
步骤六，半成品在温度为800-1200摄氏度下煅烧8-15小时，保温4-6小时后，再重复煅烧2-4次，每次煅烧持续2-5小时即可得到成品。
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