CN107217168A - 一种熔渗法氧化锆‑铜复合金属陶瓷及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种全新的熔渗法氧化锆‑铜复合金属陶瓷及其制备方法。提供高纯氧化锆与其他氧化物掺杂的复合陶瓷的熔渗法氧化锆‑铜复合金属陶瓷及其制备方法，采用微米级高纯复合氧化锆粉与无残留粘结剂，无残留分散剂进行制浆造粒，造粒完毕后进行冷等静压成型，并进行常压脱脂烧结形成复合氧化锆陶瓷骨架，再将金属铜及复合氧化锆陶瓷骨架放入钨坩埚在气氛保护烧结炉中进行熔渗处理，即获得熔渗法氧化锆‑铜复合金属陶瓷。本发明具有高纯高强导电性好的优点，本发明不仅工艺和设备简单，成本低，收率高，能耗低，生产效率高，适合工业化生产，而且能够获得质量稳定、强度及导电性可控的氧化锆‑铜复合金属陶瓷。

Description

一种熔渗法氧化锆-铜复合金属陶瓷及其制备方法
技术领域
本发明属于材料制备工艺技术领域，具体涉及一种熔渗法氧化锆-铜复合金属陶瓷及其制备方法。
背景技术
熔渗法是熔体在无外力作用下，借助浸润导致的毛细管压力自发进入颗粒多孔预制件的一种工艺。用传统成型工艺使得陶瓷粉末通过压力成型工艺可以预制成所需要的形状和尺寸的预制体，金属性熔体自发渗入并充满预制件中的孔隙，冷却凝固后获得颗粒在连续基体中均匀分布的复合材料。金属熔体熔融浸渗法是首先将陶瓷粉末通过一定的烧结工艺制成预制体，并在高温下使金属熔体或金属间化合物熔体自发的渗入到陶瓷预制体中形成烧结制品。熔渗法是指在高温下金属熔体依靠毛细管力作用下，向多孔预制件体内渗透，形成复合材料的制备工艺，它包括物理渗透和化学渗透两种机理。物理渗透的原理和工艺过程为：陶瓷与熔融金属接触，在一定的气氛，合金成分和工艺条件下，金属对陶瓷的润湿性增强或熔融金属液和预制体内截留的气体发生反应造成真空从而使金属熔体自发渗入陶瓷材料中。化学渗透的原理和工艺过程为：将陶瓷相的组分元素或其化合物充分混合制成压坯置于合金溶液中，在高温下直接与合金液发生反应生成陶瓷颗粒均匀分布在合金液中形成陶瓷基复合材料或金属基复合材料。可用金属熔体熔融浸渗法制备的金属间化合物/陶瓷基复合材料主要有：Fe-Al金属间化合物/陶瓷基复合材料，Ni-Al金属间化合物/陶瓷基复合材料和Ti-Al金属间化合物/陶瓷基复合材料等。无压熔渗法制备陶瓷基复合材料是利用金属间化合物或者金属熔体借助强润湿性产生的毛细管压强效应，自发渗入陶瓷粉末成型的预制件。通常先把陶瓷粉末在一定的压力下压成具有一定形状和致密度的预制件，再把金属间化合物或者金属原材料置于预制件的顶部或者底部，在高温下金属间化合物或者金属熔化渗入预制件孔隙，从而形成复合材料。因此可以采用熔渗法制备金属间化合物/陶瓷基复合材料。
中国专利201410664022.8提供了一种反应熔渗法制备Mo(Si,Al)2-SiC金属陶瓷复合材料的方法，它的步骤如下：（1）配置金属陶瓷复合材料的原料，混合均匀后加入酚醛树脂，酚醛树脂的加入量为原料总质量的2-15%，混合均匀后模压成型，并烘干，得到坯料；（2）将步骤（1）中的坯料放入真空烧结炉中，并铺上Al粉，然后在真空下进行烧结，烧结温度为900-1480℃，保温10-40min；（3）将步骤（2）中的坯料继续升温至1300-1680℃，保温10-50min，并通入氮气或氩气，最后升温至1650-1750℃，再抽真空，后随炉冷却。该发明的有益效果是：通过在MoSi2、Mo、C、SiC、Si粉混合坯料中反应熔渗Al进行制备Mo(Si,Al)2-SiC金属陶瓷复合材料，具有成本低，效率高、致密的特点，得到断裂韧性大于4.3 MPam1/2的金属陶瓷复合材料。
中国专利201410477411.X提供了一种ZrC泡沫陶瓷及其制备方法。该ZrC泡沫陶瓷具有三维连通网络结构，其泡沫骨架包括C相和ZrC相，ZrC相致密、连续地覆着于C相之上。制备方法是以C泡沫素坯为基材，以含Zr金属为渗剂，采用低温浸渗-高温反应两步法熔渗工艺进行处理，得到ZrC泡沫陶瓷半成品，然后将半成品进行后处理，得到ZrC泡沫陶瓷。
中国专利201110075071.4提供了一种陶瓷/铜复合材料喉衬的制造方法，包括陶瓷骨架制备及铜合金熔渗；所述陶瓷骨架的制备包括球磨、制粒、成型、预烧脱脂、高温烧结步骤，制得用于制备喉衬的多孔陶瓷骨架坯件；所述铜合金的熔渗是将占所述多孔陶瓷骨架坯件质量36～38％的铜镍银金合金粉末高温熔渗到多孔陶瓷骨架坯件中，所述铜镍银金合金的重量百分组成为：Cu-2.5Ni-1.45Ag-0.15Au。
中国专利201110026995.5提供了一种ZrB2-ZrC基耐超高温陶瓷的制备方法，包括以下工艺步骤：称取原料并球磨混合，经模压或交联方式成型后得到生坯；将生坯经高温裂解、保温得到多孔刚性预制体；以多孔刚性预制体为基材，以含锆合金为熔渗剂，经熔渗反应制得ZrB2-ZrC基耐超高温陶瓷半成品；用B4C粉或SiC粉包埋ZrB2-ZrC基耐超高温陶瓷半成品，高温处理后制得ZrB2-ZrC基耐超高温陶瓷。
中国专利201110122040.X提供了一种SiC晶须强化的SiC陶瓷基复合材料及其制备方法。一种SiC晶须强化的SiC陶瓷基复合材料，复合材料由预制件通过Si或Si合金熔渗反应制备得到，所述的预制件由包括稻壳SiC晶须化产物的原料模压成型制得。该复合材料方法制备工艺简单，熔渗反应温度低，无需外加压力，预制件可制成复杂形状，可用于制备复杂形状的构件。
中国专利201210429043.2提供了一种碳化硅/铜硅合金双连续相复合材料及其制备方法，该复合材料按体积分数计，由35-50%的多孔碳化硅陶瓷和50-65%的铜硅合金组成，铜硅合金中硅的原子百分含量为15-40%；其制备方法由多孔碳化硅陶瓷制备及铜硅合金真空熔渗多孔碳化硅两个关键工艺步骤组成。由于采用硅作为铜的合金元素，因此同时解决了铜与碳化硅之间的润湿性与反应性问题。
中国专利201410285823.3提供了一种热防护用SiC-Cu复相发汗冷却材料及制备方法，该复合材料按体积分数计，由50～75％的SiC陶瓷相和25～50％的Cu金属相组成块体，其中SiC陶瓷相为多孔结构，其多孔在三维空间中相互连通，Cu金属相附着在这些多孔的表面。其制备方法由重结晶多孔SiC陶瓷制备、多孔SiC陶瓷内表面涂覆碳化钨及Cu自发熔渗进内表面涂覆碳化钨的多孔SiC陶瓷三个关键工艺步骤组成。其中，采用真空溶胶-凝胶浸渍工艺结合碳化法在重结晶多孔SiC陶瓷内孔表面涂覆均匀连续的碳化钨层，再自发熔渗工艺制备SiC-Cu复相发汗冷却材料，其工艺简单、成本低、能制备各种复杂形状的零部件，明显提高SiC-Cu复相发汗材料的耐高温抗烧蚀性能，达到热防护的目的。
现有技术均没有针对铜与难熔金属及其他陶瓷材料的技术进行研究，没有针对氧化锆陶瓷的熔渗金属陶瓷复合材料的研发，从而产品的应用面较窄，没有真正发挥氧化锆材料的韧性特性。
发明内容
为了解决现有技术在特殊行业用熔渗法氧化锆-铜复合金属陶瓷在使用中无法满足要求的情况，本发明提供了一种全新的熔渗法氧化锆-铜复合金属陶瓷及其制备方法。本发明的目的在于克服现有技术的不足，并提供一种韧性强度可调，导电系数可调，价格低廉的氧化锆-铜复合金属陶瓷，提供高纯氧化锆与氧化铪、氧化钇、氧化铈、氧化钙、氧化镁、氧化铝、氧化钛、氧化硅、氧化钴、氧化铁、氧化钪、氧化钒、氧化锰、氧化镍、氧化铜、氧化锌、氧化铌、氧化钼、氧化铟、氧化锡、氧化钡、氧化钽、氧化钨、氧化镧、氧化镨、氧化钕、氧化碲、氧化铽、氧化铕、氧化铒中的至少一种复合陶瓷的熔渗法氧化锆-铜复合金属陶瓷及其制备方法，采用微米级高纯复合氧化锆粉与无残留粘结剂，无残留分散剂进行制浆造粒，造粒完毕后进行冷等静压成型，并进行常压脱脂烧结形成复合氧化锆陶瓷骨架，再将金属铜及复合氧化锆陶瓷骨架放入钨坩埚在气氛保护烧结炉中进行熔渗处理，即获得熔渗法氧化锆-铜复合金属陶瓷。本发明具有高纯高强导电性好的优点，本发明不仅工艺和设备简单，成本低，收率高，能耗低，生产效率高，适合工业化生产，而且能够获得质量稳定、强度及导电性可控的氧化锆-铜复合金属陶瓷，本发明过程无坏境污染，是一种新型的低成本、质量稳定的熔渗法氧化锆-铜复合金属陶瓷的制备方法。
本发明所述的氧化锆-铜复合金属陶瓷的电导率为1×104 ~5.9×107S/m，抗弯强度为100~1000MPa。
优选地，所述的熔渗法氧化锆-铜复合金属陶瓷的电导率为1×106 ~5.9×107 S/m。
优选地，所述的熔渗法氧化锆-铜复合金属陶瓷的抗弯强度为300~1000MPa。
为了达到上述使用要求，本发明使用的技术方案为熔渗法氧化锆-铜复合金属陶瓷的制备方法，所述方法的具体步骤如下。
（1）按特定的配比选取微米级的氧化锆粉掺杂氧化铪、氧化钇、氧化铈、氧化钙、氧化镁、氧化铝、氧化钛、氧化硅、氧化钴、氧化铁、氧化钪、氧化钒、氧化锰、氧化镍、氧化铜、氧化锌、氧化铌、氧化钼、氧化铟、氧化锡、氧化钡、氧化钽、氧化钨、氧化镧、氧化镨、氧化钕、氧化碲、氧化铽、氧化铕、氧化铒中的至少一种的微米复合氧化锆粉，在微米粉放入无残留分散剂、无残留粘结剂进行制浆造粒。
（2）将步骤（1）中获得的造粒粉进行冷等静压压制处理，并对氧化锆坯料进行脱脂烧结处理，获得复合氧化锆陶瓷骨架。
（3）将步骤（2）中获得的复合氧化锆陶瓷骨架与金属铜放入气氛烧结炉中进行熔渗处理，即得熔渗法氧化锆-铜复合金属陶瓷。
（4）测量步骤（3）中熔渗法氧化锆-铜复合金属陶瓷的电导率及抗弯强度，并观察表面形貌。
本发明为熔渗法氧化锆-铜复合金属陶瓷及其制备方法，为了让本发明有效，需要对上述步骤进行细化，具体细化参数如下。
步骤（1）中，所述的微米复合氧化锆粉中氧化锆的重量百分比为10%~95%，余量为氧化铪、氧化钇、氧化铈、氧化钙、氧化镁、氧化铝、氧化钛、氧化硅、氧化钴、氧化铁、氧化钪、氧化钒、氧化锰、氧化镍、氧化铜、氧化锌、氧化铌、氧化钼、氧化铟、氧化锡、氧化钡、氧化钽、氧化钨、氧化镧、氧化镨、氧化钕、氧化碲、氧化铽、氧化铕、氧化铒中的至少一种。
步骤（1）中，所述的微米复合氧化锆粉的一次粒径为0.1~20微米。
步骤（1）中，所述的微米复合氧化锆粉的纯度为99.5%~99.999%。
步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化铪的重量百分比为0.1~10%。
步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化钇的摩尔百分比为3~10%。
步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化铈的重量百分比为0.1~20%。
步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化钙的重量百分比为0.1~10%。
步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化镁的重量百分比为0.1~10%。
步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化铝的重量百分比为0.1~30%。
步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化钛的重量百分比为0.1~20%。
步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化硅的重量百分比为0.1~20%。
步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化钴的重量百分比为0.1~10%。
步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化铁的重量百分比为0.1~10%。
步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化钪的重量百分比为0.1~10%。
步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化钒的重量百分比为0.1~10%。
步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化锰的重量百分比为0.1~10%。
步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化镍的重量百分比为0.1~10%。
步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化铜的重量百分比为0.1~10%。
步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化锌的重量百分比为0.1~10%。
步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化铌的重量百分比为0.1~10%。
步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化钼的重量百分比为0.1~10%。
步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化铟的重量百分比为0.1~10%。
步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化锡的重量百分比为0.1~10%。
步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化钡的重量百分比为0.1~10%。
步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化钽的重量百分比为0.1~10%。
步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化钨的重量百分比为0.1~10%。
步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化镧的重量百分比为0.1~10%。
步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化镨的重量百分比为0.1~10%。
步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化钕的重量百分比为0.1~10%。
步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化碲的重量百分比为0.1~10%。
步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化铽的重量百分比为0.1~10%。
步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化铕的重量百分比为0.1~10%。
步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化铒的重量百分比为0.1~10%。
步骤（1）中，选用的无残留分散剂为高纯乙醇、高纯正丁醇、高纯乙二醇中的至少一种。
步骤（1）中，选用的无残留粘结剂为高纯聚乙烯醇、高纯聚氯乙烯中的至少一种。
步骤（1）中，选用的无残留分散剂中的高纯乙醇纯度为99.9%~99.999%。
步骤（1）中，选用的无残留分散剂中的高纯正丁醇纯度为99.9%~99.999%。
步骤（1）中，选用的无残留分散剂中的高纯乙二醇纯度为99.9%~99.999%。
步骤（1）中，选用的无残留粘结剂中的高纯聚乙烯醇纯度为99.9%~99.999%。
步骤（1）中，选用的无残留粘结剂中的高纯聚氯乙烯纯度为99.9%~99.999%。
步骤（1）中，所述的微米复合氧化锆粉的重量百分比为90%~99.9%，余量为无残留分散剂、无残留粘结剂的总和。
步骤（1）中，所述的无残留分散剂重量百分比为0.1~5%。
步骤（1）中，所述的无残留粘结剂重量百分比为0.1~5%。
步骤（1）中，所述的复合氧化锆粉体造粒粒径为D50=50~200微米。
优选地，步骤（1）中，所述的微米复合氧化锆粉的一次粒径为1~5微米。
优选地，步骤（1）中，所述的微米复合氧化锆粉的纯度为99. 9%~99.999%。
优选地，步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化铪的重量百分比为0.1~5%。
优选地，步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化钇的摩尔百分比为3~5%。
优选地，步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化铈的重量百分比为0.1~10%。
优选地，步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化钙的重量百分比为0.1~5%。
优选地，步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化镁的重量百分比为0.1~5%。
优选地，步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化铝的重量百分比为0.1~10%。
优选地，步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化钛的重量百分比为0.1~10%。
优选地，步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化硅的重量百分比为0.1~10%。
优选地，步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化钴的重量百分比为0.1~5%。
优选地，步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化铁的重量百分比为0.1~5%。
优选地，步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化钪的重量百分比为0.1~5%。
优选地，步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化钒的重量百分比为0.1~5%。
优选地，步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化锰的重量百分比为0.1~5%。
优选地，步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化镍的重量百分比为0.1~5%。
优选地，步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化铜的重量百分比为0.1~5%。
优选地，步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化锌的重量百分比为0.1~5%。
优选地，步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化铌的重量百分比为0.1~5%。
优选地，步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化钼的重量百分比为0.1~5%。
优选地，步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化铟的重量百分比为0.1~5%。
优选地，步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化锡的重量百分比为0.1~5%。
优选地，步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化钡的重量百分比为0.1~5%。
优选地，步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化钽的重量百分比为0.1~5%。
优选地，步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化钨的重量百分比为0.1~5%。
优选地，步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化镧的重量百分比为0.1~5%。
优选地，步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化镨的重量百分比为0.1~5%。
优选地，步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化钕的重量百分比为0.1~5%。
优选地，步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化碲的重量百分比为0.1~5%。
优选地，步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化铽的重量百分比为0.1~5%。
优选地，步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化铕的重量百分比为0.1~5%。
优选地，步骤（1）中，选用的微米复合氧化锆粉中氧化铒的重量百分比为0.1~5%。
优选地，步骤（1）中，选用的无残留分散剂中的高纯乙醇纯度为99.99%~99.999%。
优选地，步骤（1）中，选用的无残留分散剂中的高纯正丁醇纯度为99.99%~99.999%。
优选地，步骤（1）中，选用的无残留分散剂中的高纯乙二醇纯度为99.99%~99.999%。
优选地，步骤（1）中，选用的无残留粘结剂中的高纯聚乙烯醇纯度为99.99%~99.999%。
优选地，步骤（1）中，选用的无残留粘结剂中的高纯聚氯乙烯纯度为99.99%~99.999%。
优选地，步骤（1）中，所述的微米复合氧化锆粉的重量百分比为90%~98%，余量为无残留分散剂、无残留粘结剂的总和。
优选地，步骤（1）中，所述的无残留分散剂重量百分比为1~5%。
优选地，步骤（1）中，所述的无残留粘结剂重量百分比为1~5%。
优选地，步骤（1）中，所述的复合氧化锆粉体造粒粒径为D50=80~120微米。
步骤（2）中，所述的冷等静压压制处理的胶套材质为聚氨酯。
步骤（2）中，所述的冷等静压压制处理的压力为200~400MPa。
步骤（2）中，所述的冷等静压压制处理的保压时间为5~30分钟。
步骤（2）中，所述的脱脂处理温度为400~800度。
步骤（2）中，所述的脱脂处理升温速率为10~200度/小时。
步骤（2）中，所述的脱脂处理降温速率为10~200度/小时。
步骤（2）中，所述的脱脂处理保温时间为12~72小时。
步骤（2）中，所述的脱脂处理气氛为大气。
步骤（2）中，所述的烧结处理温度为1200~1500度。
步骤（2）中，所述的烧结处理保温时间为1~10小时。
步骤（2）中，所述的烧结处理气氛为大气。
步骤（2）中，所述的烧结处理分为三个阶段。
步骤（2）中，所述的烧结处理的升温阶段的第一阶段的目标温度为600~800度。
步骤（2）中，所述的烧结处理的升温阶段的第一阶段的升温速率为10~100度/小时。
步骤（2）中，所述的烧结处理的升温阶段的第一阶段的目标保温时间为0.5~2小时。
步骤（2）中，所述的烧结处理的升温阶段的第二阶段的目标温度为850~1100度。
步骤（2）中，所述的烧结处理的升温阶段的第二阶段的升温速率为50~100度/小时。
步骤（2）中，所述的烧结处理的升温阶段的第二阶段的目标保温时间为0.5~2小时。
步骤（2）中，所述的烧结处理的升温阶段的第三阶段的目标温度为1200~1500度。
步骤（2）中，所述的烧结处理的升温阶段的第三阶段的升温速率为50~100度/小时。
步骤（2）中，所述的烧结处理的升温阶段的第三阶段的目标保温时间为1~10小时。
步骤（2）中，所述的烧结处理的降温阶段有二个阶段。
步骤（2）中，所述的烧结处理的降温阶段的第一阶段的目标温度为800~1000度。
步骤（2）中，所述的烧结处理的降温阶段的第一阶段的降温速率为10~50度/小时。
步骤（2）中，所述的烧结处理的降温阶段的第二阶段的目标温度为20~80度。
步骤（2）中，所述的烧结处理的降温阶段的第二阶段的降温速率为10~80度/小时。
步骤（2）中，所述的复合氧化锆陶瓷骨架相对密度为85~95%。
优选地，步骤（2）中，所述的冷等静压压制处理的压力为300~400MPa。
优选地，步骤（2）中，所述的冷等静压压制处理的保压时间为10~20分钟。
优选地，步骤（2）中，所述的脱脂处理温度为400~600度。
优选地，步骤（2）中，所述的脱脂处理升温速率为30~100度/小时。
优选地，步骤（2）中，所述的脱脂处理降温速率为30~100度/小时。
优选地，步骤（2）中，所述的脱脂处理保温时间为12~24小时。
优选地，步骤（2）中，所述的烧结处理温度为1200~1350度。
优选地，步骤（2）中，所述的烧结处理保温时间为1~4小时。
优选地，步骤（2）中，所述的烧结处理的升温阶段的第一阶段的目标温度为700~800度。
优选地，步骤（2）中，所述的烧结处理的升温阶段的第一阶段的升温速率为30~50度/小时。
优选地，步骤（2）中，所述的烧结处理的升温阶段的第一阶段的目标保温时间为1~2小时。
优选地，步骤（2）中，所述的烧结处理的升温阶段的第二阶段的目标温度为850~1000度。
优选地，步骤（2）中，所述的烧结处理的升温阶段的第二阶段的升温速率为50~80度/小时。
优选地，步骤（2）中，所述的烧结处理的升温阶段的第二阶段的目标保温时间为1~2小时。
优选地，步骤（2）中，所述的烧结处理的升温阶段的第三阶段的目标温度为1200~1350度。
优选地，步骤（2）中，所述的烧结处理的升温阶段的第三阶段的升温速率为50~80度/小时。
优选地，步骤（2）中，所述的烧结处理的升温阶段的第三阶段的目标保温时间为1~4小时。
优选地，步骤（2）中，所述的烧结处理的降温阶段的第一阶段的目标温度为800~900度。
优选地，步骤（2）中，所述的烧结处理的降温阶段的第一阶段的降温速率为30~50度/小时。
优选地，步骤（2）中，所述的烧结处理的降温阶段的第二阶段的目标温度为20~50度。
优选地，步骤（2）中，所述的烧结处理的降温阶段的第二阶段的降温速率为20~50度/小时。
优选地，步骤（2）中，所述的复合氧化锆陶瓷骨架相对密度为85~90%。
步骤（3）中，所述的熔渗处理时间复合氧化锆陶瓷骨架及紫铜颗粒放入钨坩埚中。
步骤（3）中，所述的金属铜为紫铜，铜含量为99.9~99.999%。
步骤（3）中，所述的铜颗粒为不规则铜颗粒，颗粒的单体三维最大尺寸为5~20毫米。
步骤（3）中，所述的钨坩埚为高纯钨坩埚，钨坩埚的钨含量为99.99~99.999%。
步骤（3）中，所述的气氛烧结炉的保护气氛为氩气。
步骤（3）中，所述的熔渗处理前需要将气氛烧结炉进行抽真空处理，真空度为1.0×10-2Pa~1.0×10-3Pa。
步骤（3）中，所述的熔渗处理包括四个阶段，分别是升温阶段、充气阶段、熔渗阶段、降温阶段。
步骤（3）中，所述的熔渗处理升温阶段的升温速率为50~200度/小时。
步骤（3）中，所述的熔渗处理升温阶段的目标温度为1100~1400度。
步骤（3）中，所述的熔渗处理充气阶段的充气速率为1000~5000Pa/分钟。
步骤（3）中，所述的熔渗处理充气阶段的目标气压为0.5×105Pa~2×105Pa。
步骤（3）中，所述的熔渗处理熔渗阶段保温时间为30~90分钟。
步骤（3）中，所述的熔渗处理熔渗阶段保温完毕以后将炉内真空度抽至1.0×10- 2Pa~1.0×10-3Pa。
步骤（3）中，所述的熔渗处理降温阶段的降温速率为50~200度/小时。
步骤（3）中，所述的熔渗处理降温阶段的目标温度为20~100度。
优选地，步骤（3）中，所述的熔渗处理前需要将气氛烧结炉进行抽真空处理，真空度为5.0×10-3Pa~1.0×10-3Pa。
优选地，步骤（3）中，所述的铜颗粒为不规则铜颗粒，颗粒的单体三维最大尺寸为10~20毫米。
优选地，步骤（3）中，所述的熔渗处理升温阶段的升温速率为50~100度/小时。
优选地，步骤（3）中，所述的熔渗处理升温阶段的目标温度为1200~1300度。
优选地，步骤（3）中，所述的熔渗处理充气阶段的充气速率为1000~2000Pa/分钟。
优选地，步骤（3）中，所述的熔渗处理充气阶段的目标气压为1×105Pa~2×105Pa。
优选地，步骤（3）中，所述的熔渗处理熔渗阶段保温时间为30~60分钟。
优选地，步骤（3）中，所述的熔渗处理熔渗阶段保温完毕以后将炉内真空度抽至5.0×10-3Pa~1.0×10-3Pa。
优选地，步骤（3）中，所述的熔渗处理降温阶段的降温速率为50~100度/小时。
优选地，步骤（3）中，所述的熔渗处理降温阶段的目标温度为20~50度。
步骤（4）中，所述的电导率测量仪器为金属电导率测量仪。
步骤（4）中，所述的抗弯强度测量仪器为三点弯曲测量试验机。
步骤（4）中，所述的表面形貌检测仪器为扫描电子显微镜。
步骤（4）中，所述的氧化锆-铜复合金属陶瓷的电导率为1×106 ~5.9×107 S/m。
步骤（4）中，所述的氧化锆-铜复合金属陶瓷的抗弯强度为100~1000MPa。
本发明为熔渗法氧化锆-铜复合金属陶瓷及其制备方法，通过本发明工艺制造的复合金属陶瓷以下有益的效果。
（1）由于使用了复合氧化锆陶瓷骨架，复合金属陶瓷的强度更高。
（2）由于使用了熔渗法对氧化锆进行渗铜处理，让复合金属陶瓷的导电性更好，成本更低。
（3）由于使用了不同密度和不同温度组合的渗铜工艺，让导电率参数可调。
附图说明
图1为熔渗处理过程铜融化以后的坩埚、陶瓷骨架及金属铜的结构示意图。
图2为氧化锆-铜复合金属陶瓷的断面扫描电镜照片。
具体实施方式
本发明涉及一种熔渗法氧化锆-铜复合金属陶瓷及其制备方法，具体实施步骤如下。
（1）选用氧化钇摩尔含量为3%，氧化铪重量百分比为1.5%，氧化钙重量百分比为5%，氧化镁重量百分比为2%，氧化铈重量百分比为0.5%，氧化铕的重量百分比为0.5%的氧化锆复合粉，氧化锆复合粉的主元素纯度为99.99%，氧化锆复合粉的一次粒径为3.4微米，将复合粉体与重量百分比为50%的去离子水、重量百分比2%纯度为99.99%的正丁醇、重量百分比2%纯度为99.99%的聚氯乙烯混合制浆，获得浆料10kg，然后将浆料放入离心喷雾造粒机中造粒，造粒粉粒径D50=106微米，获得5kg的造粒粉。
（2）将步骤（1）中获得的造粒粉放入聚氨酯胶套中，再放入冷等静压机中用320MPa的压力进行压制，并保压12分钟，表面加工后获得Φ100mm，高度160mm的棒料。然后将冷等静压压制成型的素坯放入脱脂烧结炉中进行脱脂处理，脱脂处理的升温速率为50度/小时，脱脂处理温度为550度，脱脂时间为18小时，脱脂完毕后的降温速率为40度/小时，将脱脂完毕的坯料进行烧结处理，烧结处理升温第一阶段的目标温度750度，升温速率为40度/小时，烧结处理第一阶段的保温时间为1小时，烧结处理升温第二阶段的目标温度1000度，升温速率为60度/小时，烧结处理第二阶段的保温时间为1小时，烧结处理升温第三阶段的目标温度1300度，升温速率为60度/小时，烧结处理第二阶段的保温时间为2小时，烧结处理降温第一阶段的目标温度850度，降温速率为40度/小时，烧结处理降温第二阶段的目标温度30度，降温速率为35度/小时，获得相对密度为88.73%的复合氧化锆陶瓷骨架，骨架的尺寸为Φ92.11mm，高度147.38mm的棒料。
（3）将步骤（2）中获得的复合氧化锆陶瓷骨架与纯度为99.99%紫铜颗粒放入纯度为99.995%的钨坩埚中，紫铜颗粒的平均单体三维最大尺寸为11.2mm，重量为4kg，如图1所示，钨坩埚100的内径为100mm，壁厚为10mm，整体高度为220mm，将复合氧化锆陶瓷骨架102放在坩埚的底部中心，将铜颗粒放在陶瓷骨架之上以便融化后金属101将复合氧化锆陶瓷骨架102部分包围，然后整体放入气氛烧结炉中，关闭炉门，将炉内真空度抽至2.0×10-3Pa，开始升温，升温的目标温度为1300度，升温速率为80度/小时，达到温度后，以2000Pa/分的速率充入1.2×105Pa的氩气，并保温40分钟，保温过程中保持真空度稳定，然后再将炉内真空度抽至2.0×10-3Pa，开始降温，降温的目标温度为30度，降温速率为60度/小时。将熔渗完毕的坯料进行磨削加工成为Φ90mm，高度145mm的复合金属陶瓷棒料。
（4）测量步骤（3）中熔渗法氧化锆-铜复合金属陶瓷的电导率为4.27×107S/m，抗弯强度为516MPa，断面的SEM照片如图2所示。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种熔渗法氧化锆-铜复合金属陶瓷及其制备方法，其特征在于具体步骤如下：
（1）按特定的配比选取微米级的氧化锆粉掺杂其他氧化物的微米复合氧化锆粉，在微米粉放入无残留分散剂、无残留粘结剂进行制浆造粒；
（2）将步骤（1）中获得的造粒粉进行冷等静压压制处理，并对氧化锆坯料进行脱脂烧结处理，获得复合氧化锆陶瓷骨架；
（3）将步骤（2）中获得的复合氧化锆陶瓷骨架与金属铜放入气氛烧结炉中进行熔渗处理，即得熔渗法氧化锆-铜复合金属陶瓷；
（4）测量步骤（3）中熔渗法氧化锆-铜复合金属陶瓷的电导率及抗弯强度，并观察表面形貌。
2.根据权利要求1所述的熔渗法氧化锆-铜复合金属陶瓷及其制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述的微米复合氧化锆粉中掺杂氧化铪、氧化钇、氧化铈、氧化钙、氧化镁、氧化铝、氧化钛、氧化硅、氧化钴、氧化铁、氧化钪、氧化钒、氧化锰、氧化镍、氧化铜、氧化锌、氧化铌、氧化钼、氧化铟、氧化锡、氧化钡、氧化钽、氧化钨、氧化镧、氧化镨、氧化钕、氧化碲、氧化铽、氧化铕、氧化铒中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的熔渗法氧化锆-铜复合金属陶瓷及其制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述的微米复合氧化锆粉的主元素纯度为99.5%~99.999%。
4.根据权利要求1所述的熔渗法氧化锆-铜复合金属陶瓷及其制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述的微米复合氧化锆粉的一次粒径为0.1~100微米。
5.根据权利要求1所述的熔渗法氧化锆-铜复合金属陶瓷及其制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述的复合氧化锆陶瓷骨架的相对密度为85~95%。
6.根据权利要求1所述的熔渗法氧化锆-铜复合金属陶瓷及其制备方法，其特征在于：步骤（3）中，所述的熔渗法氧化锆-铜复合金属陶瓷的熔渗过程的目标气压为0.5×105Pa~2×105Pa。
7.根据权利要求1所述的熔渗法氧化锆-铜复合金属陶瓷及其制备方法，其特征在于：步骤（3）中，所述的熔渗法氧化锆-铜复合金属陶瓷的的熔渗处理的金属铜为紫铜，铜含量为99.9~99.999%。
8.根据权利要求1所述的熔渗法氧化锆-铜复合金属陶瓷及其制备方法，其特征在于：步骤（3）中，所述的熔渗法氧化锆-铜复合金属陶瓷的熔渗处理升温阶段的目标温度为1100~1400度。
9.根据权利要求1所述的熔渗法氧化锆-铜复合金属陶瓷及其制备方法，其特征在于：步骤（4）中，所述的熔渗法氧化锆-铜复合金属陶瓷的电导率为1×104 ~5.9×107S/m。
10.根据权利要求1所述的熔渗法氧化锆-铜复合金属陶瓷及其制备方法，其特征在于：步骤（4）中，所述的熔渗法氧化锆-铜复合金属陶瓷的抗弯强度为100~1000MPa。
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