CN107602146A - 一种陶瓷预制体的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种陶瓷预制体的制备方法,属于金属基复合材料技术领域。本发明用酒精清洗氧化锆增韧氧化铝陶瓷颗粒得到预处理陶瓷颗粒;将造孔剂、硅烷偶联剂、粘结剂A和水混合均匀得到混合物A,然后在混合物A中加入陶瓷微粉A和粘结剂B,搅拌均匀得到造粒造孔剂;将预处理陶瓷颗粒和陶瓷微粉B混合均匀,然后加入粘接剂C,搅拌均匀得到预制陶瓷颗粒;在搅拌条件下,将预制陶瓷颗粒和造粒造孔剂混合均匀并过筛,然后填充到模具中,烘干、成型得到预制体;将预制体进行热解处理以除去造孔剂即得陶瓷预制体。本发明方法可提高预制体的孔隙率,便于金属液铸渗陶瓷预制体时提高陶瓷与金属基体的复合效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种陶瓷预制体的制备方法,属于金属基复合材料技术领域。
背景技术
传统钢铁耐磨材料是消耗量最大的耐磨材料,主要应用于冶金、电力、煤炭、工程机械等行业。如冶金行业中的破碎机和挖掘机,球磨机、金属轧机等;电力工业所用的磨煤机,水泥行业所用的立磨磨辊、衬板等。目前,应用较为广泛的耐磨钢铁材料有耐磨白口铸铁、高锰钢、合金钢等。传统的耐磨材料消耗量大,使用寿命短,很难满足现代工业的需求。
金属基复合材料的制备通常采用原位生成或者外加增强相的方法。外加的方法主要是通过将增强相制备成预制体,然后与金属基体复合,获得所需要的复合材料。发明专利CN106584959A公开了一种高耐磨的铁铝层状复合材料,其通过将陶瓷颗粒烧结成预制体,再通过真空负压,与熔融金属基体复合,获得所需要复合材料,其主要缺点在在制备成的预制体,颗粒粒径小,所形成的孔隙率低,金属液难以渗透预制体,成品率低。为了解决类似的问题,通常在预制体结构设计上考虑。发明专利CN104493138A公开了一种连续互穿陶瓷金属复合材料的制备方法,其主要是通过将陶瓷预制体制备成空间互穿结构来提高金属与陶瓷预制体的渗透能力,但是其主要问题依然在于预制体中的孔隙率范围受限。
发明内容
本发明针对现有技术的不足,提供一种陶瓷预制体的制备方法,即对陶瓷颗粒表面及预制体孔隙率进行处理,提高预制体的孔隙率,便于金属液铸渗陶瓷预制体时提高陶瓷与金属基体的复合效率,从而制备得到具有良好复合区域的复合材料。
一种陶瓷预制体的制备方法,具体步骤为:
(1)用酒精清洗氧化锆增韧氧化铝陶瓷颗粒得到预处理陶瓷颗粒;
(2)将造孔剂、硅烷偶联剂、粘结剂A和水混合均匀得到混合物A,然后在混合物A中加入陶瓷微粉A和粘结剂B,搅拌均匀得到造粒造孔剂;
(3)将步骤(1)所得预处理陶瓷颗粒和陶瓷微粉B混合均匀,然后加入粘接剂C,搅拌均匀得到预制陶瓷颗粒;
(4)在搅拌条件下,将步骤(3)所得预制陶瓷颗粒和步骤(2)所得造粒造孔剂混合均匀并过筛,然后填充到模具中,烘干、成型得到预制体;
(5)在温度为450~650℃条件下,将步骤(4)所得预制体进行热解处理25~40h以除去造孔剂即得陶瓷预制体;
所述步骤(1)中氧化锆增韧氧化铝陶瓷颗粒的粒径为8~20目,以质量百分数计,氧化锆增韧氧化铝陶瓷颗粒中氧化锆的含量为20~60%;
所述步骤(2)中造孔剂为聚甲醛(POM)、聚丙烯酰胺(PAM)、可发性聚苯乙烯(EPS)的一种或多种;
所述粘接剂为聚乙烯醇、纤维素的一种或任意比两种
所述陶瓷微粉的粒径为1~3.8μm,陶瓷微粉为碳化硅、氧化镁、氧化钙、氧化铝、氧化钛、氧化铝、碳化硼、二氧化硅的一种或多种;
所述造孔剂、硅烷偶联剂、粘结剂A、粘结剂B、水、陶瓷微粉A、粘结剂C、陶瓷微粉B和陶瓷颗粒的质量比为(3~6):(0.4~0.8):(4~8):(4~8):(4~10):(1~4):(3~6):(2~20):100。
本发明的有益效果:
本发明方法对ZTA陶瓷颗粒表面进行包覆处理,能够使陶瓷颗粒表面金属化,提高陶瓷与金属基体的结合效果,同时可以根据复合材料的需要,控制陶瓷与金属界面结合处的化学成分;对陶瓷预制体中添加造孔剂,可提高陶瓷预制体的孔隙率,便于金属液铸渗陶瓷预制体,获得具有良好复合区域的复合材料。
附图说明
图1为实施例1的造孔剂热解前的预制体实物图;
图2为实施例1的造孔剂热解后的陶瓷预制体实物图;
图3为实施例1的陶瓷预制体显微图;
图4为实施例1的金属陶瓷复合材料界面SEM图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明,但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1:一种陶瓷预制体的制备方法,具体步骤为:
(1)用酒精清洗氧化锆增韧氧化铝陶瓷颗粒得到预处理陶瓷颗粒,其中氧化锆增韧氧化铝陶瓷颗粒的粒径为20目,以质量百分数计,氧化锆增韧氧化铝陶瓷颗粒中氧化锆的含量为20%;
(2)将造孔剂(造孔剂为聚甲醛(POM))、硅烷偶联剂、粘结剂A(粘结剂A为聚乙烯醇(PVA))和水混合均匀得到混合物A,然后在混合物A中加入陶瓷微粉A(陶瓷微粉A为碳化硅)和粘结剂B(粘结剂B为聚乙烯醇(PVA)),搅拌均匀得到造粒造孔剂;
(3)将步骤(1)所得预处理陶瓷颗粒和陶瓷微粉B(陶瓷微粉B为碳化硅)混合均匀,然后加入粘接剂C(粘结剂C为聚乙烯醇(PVA)),搅拌均匀得到预制陶瓷颗粒;
(4)在搅拌条件下,将步骤(3)所得预制陶瓷颗粒和步骤(2)所得造粒造孔剂混合均匀并过筛,然后填充到模具中,烘干、成型得到预制体;本实施例的预制体实物图如图1所示,从图1可知,造孔剂分布在陶瓷颗粒间,陶瓷颗粒与造孔剂都被粉体所包覆,所得预制体强度好,没有出现因强度低而导致预制体断开或者因粘结强度低而导致的散架现象;
(5)在温度为450℃条件下,将步骤(4)所得预制体进行热解处理40 h以除去造孔剂即得陶瓷预制体;
本实施例中陶瓷微粉(碳化硅)的粒径为2.4~3.8μm,造孔剂(聚甲醛(POM))、硅烷偶联剂、粘结剂A(聚乙烯醇(PVA))、粘结剂B(聚乙烯醇(PVA))、水、陶瓷微粉A(碳化硅)、粘结剂C(聚乙烯醇(PVA))、陶瓷微粉B(碳化硅)和陶瓷颗粒的质量比为3:0.4:4:4:4:2:4:20:100;
本实施例陶瓷预制体实物图如图2所示,从图2可知,预制体在经过高温热解后,颗粒间的造孔剂完全分解,形成孔洞,孔洞之间相互连通,提高了预制体的孔隙率,便于铸渗;
本实施例陶瓷预制体显微图如图3所示,从图3可知,包覆在造孔剂表面的陶瓷微粉在造孔剂热解后形成孔洞,便于金属与陶瓷微粉发生反应,完成反应性铸渗;
通过传统的重力铸渗,将预制体放入砂型中,浇注金属液,便可获得所需复合材料。本实施例的金属陶瓷复合材料界面的SEM图如图4所示,从图4可知,金属基体与陶瓷预制体复合后,陶瓷颗粒与金属基体复合界面结合效果好,在界面处形成界面过渡层,便于金属与陶瓷颗粒在复合时所产生的热应力释放。
实施例2:一种陶瓷预制体的制备方法,具体步骤为:
(1)用酒精清洗氧化锆增韧氧化铝陶瓷颗粒得到预处理陶瓷颗粒,其中氧化锆增韧氧化铝陶瓷颗粒的粒径为12目,以质量百分数计,氧化锆增韧氧化铝陶瓷颗粒中氧化锆的含量为40%;
(2)将造孔剂(造孔剂为聚丙烯酰胺(PAM))、硅烷偶联剂、粘结剂A(粘结剂A为纤维素)和水混合均匀得到混合物A,然后在混合物A中加入陶瓷微粉A(陶瓷微粉A为氧化镁和氧化铝)和粘结剂B(粘结剂B为纤维素),搅拌均匀得到造粒造孔剂;
(3)将步骤(1)所得预处理陶瓷颗粒和陶瓷微粉B(陶瓷微粉B为氧化镁和氧化铝)混合均匀,然后加入粘接剂C(粘结剂C为纤维素),搅拌均匀得到预制陶瓷颗粒;
(4)在搅拌条件下,将步骤(3)所得预制陶瓷颗粒和步骤(2)所得造粒造孔剂混合均匀并过筛,然后填充到模具中,烘干、成型得到预制体;
(5)在温度为500℃条件下,将步骤(4)所得预制体进行热解处理25h以除去造孔剂即得陶瓷预制体;
本实施例中陶瓷微粉(氧化镁和氧化铝)的粒径为1~1.8μm,造孔剂(聚丙烯酰胺(PAM))、硅烷偶联剂、粘结剂A(纤维素)、粘结剂B(纤维素)、水、陶瓷微粉A(氧化镁和氧化铝)、粘结剂C(纤维素)、陶瓷微粉B(氧化镁和氧化铝)和陶瓷颗粒的质量比为4:0.5:6:6:7:4:6:2:100;
从本实施例陶瓷预制体实物图可知,预制体在经过高温热解后,颗粒间的造孔剂完全分解,形成孔洞,孔洞之间相互连通,提高了预制体的孔隙率,便于铸渗;
从本实施例陶瓷预制体显微图可知,包覆在造孔剂表面的陶瓷微粉在造孔剂热解后形成孔洞,便于金属与陶瓷微粉发生反应,完成反应性铸渗;
按照实施例1的方法进行金属液浇注,从本实施例的金属陶瓷复合材料界面的SEM图可知,金属基体与陶瓷预制体复合后,陶瓷颗粒与金属基体复合界面结合效果好,在界面处形成界面过渡层,便于金属与陶瓷颗粒在复合时所产生的热应力释放。
实施例3:一种陶瓷预制体的制备方法,具体步骤为:
(1)用酒精清洗氧化锆增韧氧化铝陶瓷颗粒得到预处理陶瓷颗粒,其中氧化锆增韧氧化铝陶瓷颗粒的粒径为8目,以质量百分数计,氧化锆增韧氧化铝陶瓷颗粒中氧化锆的含量为60%;
(2)将造孔剂(造孔剂为聚甲醛(POM)和可发性聚苯乙烯(EPS))、硅烷偶联剂、粘结剂A(粘结剂A为聚乙烯醇(PVA)和纤维素)和水混合均匀得到混合物A,然后在混合物A中加入陶瓷微粉A(陶瓷微粉A为碳化硼和二氧化硅)和粘结剂B(粘结剂B为聚乙烯醇(PVA)和纤维素),搅拌均匀得到造粒造孔剂,
(3)将步骤(1)所得预处理陶瓷颗粒和陶瓷微粉B(陶瓷微粉B为碳化硼和二氧化硅)混合均匀,然后加入粘接剂C(粘结剂C为纤维素),搅拌均匀得到预制陶瓷颗粒;
(4)在搅拌条件下,将步骤(3)所得预制陶瓷颗粒和步骤(2)所得造粒造孔剂混合均匀并过筛,然后填充到模具中,烘干、成型得到预制体;
(5)在温度为650℃条件下,将步骤(4)所得预制体进行热解处理32 h以除去造孔剂即得陶瓷预制体;
本实施例中陶瓷微粉(碳化硼和二氧化硅)的粒径为1.8~2.4μm,造孔剂(聚甲醛(POM)和可发性聚苯乙烯(EPS))、硅烷偶联剂、粘结剂A(聚乙烯醇(PVA)和纤维素)、粘结剂B(聚乙烯醇(PVA)和纤维素)、水、陶瓷微粉A(碳化硼和二氧化硅)、粘结剂C(纤维素)、陶瓷微粉B(碳化硼和二氧化硅)和陶瓷颗粒的质量比为6:0.8:8:8:10:1:3:10:100;
从本实施例陶瓷预制体实物图可知,预制体在经过高温热解后,颗粒间的造孔剂完全分解,形成孔洞,孔洞之间相互连通,提高了预制体的孔隙率,便于铸渗;
从本实施例陶瓷预制体显微图可知,包覆在造孔剂表面的陶瓷微粉在造孔剂热解后形成孔洞,便于金属与陶瓷微粉发生反应,完成反应性铸渗;
按照实施例1的方法进行金属液浇注,从本实施例的金属陶瓷复合材料界面的SEM图可知,金属基体与陶瓷预制体复合后,陶瓷颗粒与金属基体复合界面结合效果好,在界面处形成界面过渡层,便于金属与陶瓷颗粒在复合时所产生的热应力释放。
Claims (6)
1.一种陶瓷预制体的制备方法,其特征在于,具体步骤为:
(1)用酒精清洗氧化锆增韧氧化铝陶瓷颗粒得到预处理陶瓷颗粒;
(2)将造孔剂、硅烷偶联剂、粘结剂A和水混合均匀得到混合物A,然后在混合物A中加入陶瓷微粉A和粘结剂B,搅拌均匀得到造粒造孔剂;
(3)将步骤(1)所得预处理陶瓷颗粒和陶瓷微粉B混合均匀,然后加入粘接剂C,搅拌均匀得到预制陶瓷颗粒;
(4)在搅拌条件下,将步骤(3)所得预制陶瓷颗粒和步骤(2)所得造粒造孔剂混合均匀并过筛,然后填充到模具中,烘干、成型得到预制体;
(5)在温度为450~650℃条件下,将步骤(4)所得预制体进行热解处理25~40h以除去造孔剂即得陶瓷预制体。
2.根据权利要求1所述陶瓷预制体制备方法,其特征在于:步骤(1)中氧化锆增韧氧化铝陶瓷颗粒的粒径为8~20目,以质量百分数计,氧化锆增韧氧化铝陶瓷颗粒中氧化锆的含量为20~60%。
3.根据权利要求1所述陶瓷预制体制备方法,其特征在于:步骤(2)中造孔剂为聚甲醛、聚丙烯酰胺、可发性聚苯乙烯的一种或多种;粘结剂A和粘接剂B为聚乙烯醇、纤维素的一种或任意比两种。
4.根据权利要求1所述陶瓷预制体制备方法,其特征在于:粘接剂为聚乙烯醇、纤维素的一种或任意比两种。
5.根据权利要求1所述陶瓷预制体制备方法,其特征在于:陶瓷微粉的粒径为1~3.8μm,陶瓷微粉为碳化硅、氧化镁、氧化钙、氧化铝、氧化钛、氧化铝、碳化硼、二氧化硅的一种或多种。
6.根据权利要求1所述陶瓷预制体制备方法,其特征在于:造孔剂、硅烷偶联剂、粘结剂A、粘结剂B、水、陶瓷微粉A、粘结剂C、陶瓷微粉B和陶瓷颗粒的质量比为(3~6):(0.4~0.8):(4~8):(4~8):(4~10):(1~4):(3~6):(2~20):100。
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN115043647A (zh) * | 2022-06-02 | 2022-09-13 | 山东工业陶瓷研究设计院有限公司 | 一种陶瓷复合金属材料制备方法 |
CN116283347A (zh) * | 2023-03-24 | 2023-06-23 | 深圳市吉迩技术有限公司 | 一种多孔陶瓷的制备方法、多孔陶瓷及雾化芯 |
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2017
- 2017-08-01 CN CN201710644714.XA patent/CN107602146A/zh active Pending
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