CN114478016A - 陶瓷材料及其制备方法和用途 - Google Patents

陶瓷材料及其制备方法和用途 Download PDF

Info

Publication number
CN114478016A
CN114478016A CN202210187279.3A CN202210187279A CN114478016A CN 114478016 A CN114478016 A CN 114478016A CN 202210187279 A CN202210187279 A CN 202210187279A CN 114478016 A CN114478016 A CN 114478016A
Authority
CN
China
Prior art keywords
ceramic
raw materials
ceramic material
sintering
accommodating cavity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202210187279.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114478016B (zh
Inventor
李大勇
金益
王艳军
张太铭
林启荣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dongfeng Nissan Passenger Vehicle Co
Original Assignee
Dongfeng Nissan Passenger Vehicle Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dongfeng Nissan Passenger Vehicle Co filed Critical Dongfeng Nissan Passenger Vehicle Co
Priority to CN202210187279.3A priority Critical patent/CN114478016B/zh
Publication of CN114478016A publication Critical patent/CN114478016A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114478016B publication Critical patent/CN114478016B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/56—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
    • C04B35/565—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/131—Wire arc spraying
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3205—Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
    • C04B2235/3206—Magnesium oxides or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3217—Aluminum oxide or oxide forming salts thereof, e.g. bauxite, alpha-alumina
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C04B2235/3225—Yttrium oxide or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3232—Titanium oxides or titanates, e.g. rutile or anatase
    • C04B2235/3234—Titanates, not containing zirconia
    • C04B2235/3236—Alkaline earth titanates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3244—Zirconium oxides, zirconates, hafnium oxides, hafnates, or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/42—Non metallic elements added as constituents or additives, e.g. sulfur, phosphor, selenium or tellurium
    • C04B2235/422—Carbon
    • C04B2235/424—Carbon black
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6562—Heating rate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6565—Cooling rate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6567—Treatment time
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/77—Density
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C04B2235/9607—Thermal properties, e.g. thermal expansion coefficient

Abstract

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种陶瓷材料及其制备方法和用途。本发明提供的陶瓷材料包括如下按照质量百分数计的组分：碳化硅68～70％、氧化铝18～20％、氧化镁4.5～5％、金属硅4～5％、二氧化铪1.8～2％、氧化钇0.8～1％和二氧化钛0.15～0.2％。本发明陶瓷材料耐温性能优异、硬度较高，用于生产电弧隔离陶瓷片时还不易发生损坏或崩角，具有较长的使用寿命和良好的效益性，可显著提高生产效率，节约生产成本。

Description

陶瓷材料及其制备方法和用途
技术领域
本发明涉及材料技术领域，具体涉及一种陶瓷材料及其制备方法和用途。该陶瓷材料具有良好的硬度和韧性，特别适合用于生产对陶瓷材料性能要求高的陶瓷隔离片。
背景技术
缸孔涂层(Cylinder bore coating，CBC)是一种金属喷涂方法，用于涂覆曲轴箱上的气缸镜面。缸孔涂层的工作方式是：采用喷枪，陶瓷隔离片安装在喷枪的喷嘴处，在两根10mm左右间隙的金属线材之间供给直流电以产生电弧，电弧可持续熔化金属线材末端，通过过程气体对熔液进行分离、精细雾化和加速，陶瓷隔离片将熔液束流集中，并经由陶瓷隔离片的喷口喷射到待喷涂表面形成喷镀层。
缸孔涂层效果的优劣对发动机的性能有显著影响。然而，现有喷枪中的陶瓷隔离片存在使用寿命短的问题，平均使用约3万个缸孔就会发生破损、崩角，不仅影响喷涂电弧的形状，导致喷嘴堵塞，严重时甚至会导致喷枪断裂。
发明内容
本发明目的在于提供一种陶瓷材料及其制备方法和用途，旨在提高陶瓷材料的硬度和韧性，以用于生产各种对材料强度有较高要求的陶瓷制品，尤其适合用于生产喷枪中的陶瓷隔离片，延长其使用寿命。
为了实现上述发明目的，本发明一方面，提供了一种陶瓷材料，其包括如下按照质量百分数计的组分：
Figure BDA0003524088910000021
在一些实施方案中，所述陶瓷材料的密度为3.02～3.1g/cm3，耐温1800～2370℃，莫氏硬度为9.0～9.1，抗压强度为2200～2280MPa，抗折强度为300～330MPa，抗热冲击为300～340℃，导热率为2～2.2W/(m.K)。
本发明另一方面，还提供了一种陶瓷材料的制备方法，其包括：
提供以质量百分数计的各原料：碳化硅60～63％、炭黑2～4.5％、二氧化铪1.8～2％、氧化铝20～24％、氧化镁4.5～5.5％、润滑剂3～3.4％和添加剂1.24～1.7％；
将所述原料混合并埋在金属硅粒中，经烧结，得到陶瓷材料。
在一些实施方案中，所述二氧化铪溶解在氢氟酸溶液中；所述添加剂选自氧化钇和钛酸镁；所述润滑剂为三羟基苯甲酸；所述金属硅粒为421牌号金属硅。
作为进一步的实施方案，所述氧化钇的添加量为0.8～1.2％，所述钛酸镁的添加量为0.44～0.5％；所述金属硅粒的粒度为200目；所述金属硅粒占所述原料的质量之和的43～49％。
作为进一步的实施方案，所述烧结包括：
在常压下升温至600～650℃，保持6～6.5小时；
抽真空，在惰性气氛中，保持压力在2～2.2MPa，用11.5～12小时升温至1500～1600℃；
保持压力在2～2.2MPa，再次升温至1900～2000℃，持续6～6.5小时；
以每小时降温80～100℃的速率降至室温；
其中，优选地，所述抽真空是使所述烧结设备内的压力小于等于30Pa。
作为进一步的实施方案，将所述原料投入烧结设备之前，先将所述烧结设备在常压下升温至350～400℃，保持6～6.5小时。
本发明再一方面，提供了本发明所述的陶瓷材料，或者本发明所述的制备方法制备得到的陶瓷材料在制备陶瓷制品中的用途。
本发明再一方面，还提供了一种陶瓷隔离片，其是由本发明所述的陶瓷材料，或者本发明所述的制备方法制备得到的陶瓷材料制备得到。
在一些实施方案中，所述陶瓷隔离片包括：截头圆锥形容置腔，所述截头圆锥形容置腔的底部设有喷口，所述截头圆锥形容置腔远离所述底部的边缘向外延伸形成凸缘。
本发明最后一方面，还提供了一种陶瓷隔离片的制备方法，包括：
提供以质量百分数计的各原料：碳化硅60～63％、炭黑2～4.5％、二氧化铪1.8～2％、氧化铝20～24％、氧化镁4.5～5.5％、润滑剂3～3.4％和添加剂1.24～1.7％；
将所述原料混合压制成型，然后埋在金属硅粒中，经烧结，得到陶瓷隔离片。
在一些实施方案中，所述陶瓷隔离片包括：截头圆锥形容置腔，所述截头圆锥形容置腔的底部设有喷口，所述截头圆锥形容置腔远离所述底部的边缘向外延伸形成凸缘；以及所述模具与所述截头圆锥形容置腔及所述凸缘的结构匹配，且在所述喷口对应的位置为平面；
将所述原料混合压制成型，然后埋在金属硅粒中，经烧结，得到陶瓷隔离片的步骤具体包括：
将所述原料混合装入模具压制成型后脱模，经烧结，得到底部封闭的所述截头圆锥形容置腔及所述凸缘，在所述截头圆锥形容置腔的底部打孔形成所述喷口，得到所述陶瓷隔离片；
其中，所述模具与所述截头圆锥形容置腔(1)及所述凸缘(3)的结构匹配，且在所述喷口(2)对应的位置为平面。
本发明提供的陶瓷材料耐温性能优异、硬度较高，用于生产电弧隔离陶瓷片时还不易发生损坏或崩角，具有较长的使用寿命和良好的效益性。经实验检测，采用本发明陶瓷材料生产的陶瓷隔离片在缸孔涂层中，可以在使用二十余万个缸孔后仍可继续使用；同时，采用本发明陶瓷材料生产的陶瓷隔离片的品质不良率下降61.2％。
附图说明
图1为本发明其中一个实施方案的陶瓷隔离片的结构示意图，其中的附图标记如下：截头圆锥形容置腔——1，喷口——2，凸缘——3。
具体实施方式
一方面，本发明提供了一种陶瓷材料，包括如下按照质量百分数计的组分：
Figure BDA0003524088910000041
本发明陶瓷材料具有优异的耐温性能和较高的硬度，是一种硬度高、韧性好、稳定性佳的新型陶瓷材料。
可以理解的是，陶瓷材料在烧结制备过程中会引入难以避免的杂质，本发明通过严格的烧结控制条件，已将所得陶瓷材料的杂质控制在小于0.01％范围内。
优选地，所述陶瓷材料具有如下理化性能参数：密度3.02～3.1g/cm3，耐温1800～2370℃，莫氏硬度9.0～9.1，抗压强度2200～2280MPa，抗折强度300～330MPa，抗热冲击300～340℃，导热率2～2.2W/(m.K)。
另一方面，本发明提供了所述陶瓷材料的制备方法，包括：
(11)提供以质量百分数计的各原料：碳化硅60～63％、炭黑2～4.5％、二氧化铪1.8～2％、氧化铝20～24％、氧化镁4.5～5.5％、润滑剂3～3.4％和添加剂1.24～1.7％；
(12)将所述原料混合并埋在金属硅粒中，经烧结，得到陶瓷材料。
本发明的发明人在研发过程中，通过以35～40％的氮化硅结合55～58％的碳化硅作为陶瓷材料的主材，所得陶瓷材料的耐温可达1800℃，莫氏硬度可达9.2，但是在使用过程中发现其韧性不足，容易发生崩角。因此，发明人经过多次更改方案和调试，最终得出如下原料组分的组合：提升碳化硅添加量至60～63％，添加2～4.5％的炭黑并在烧结过程中与金属硅粒反应生成碳化硅，添加1.8～2％的二氧化铪作为催化剂提高催化效果，添加20～24％的氧化铝、4.5～5.5％的氧化镁和1.24～1.7％的添加剂以提高陶瓷材料的韧性，再辅以3～3.4％的润滑剂。通过上述各原料组分及含量的搭配，经烧结处理，可以在保证所得陶瓷材料具有较高的硬度和耐温性能的同时，提升其韧性。
具体地，步骤(11)中，所述各原料的质量百分数是以所述原料的总质量之和为100％为基准计算得到的。
在一些实施方案中，所述二氧化铪溶解在氢氟酸溶液中，以便于后续的混料均匀。其中，所述氢氟酸溶液优选为40体积％的溶液。
在一些实施方案中，所述添加剂选自氧化钇和钛酸镁，优选同时加入氧化钇和钛酸镁。进一步地，以所述原料的总质量之和为100％计，所述氧化钇的添加量优选为0.8～1.2％，所述钛酸镁的添加量优选为0.44～0.5％。
在一些实施方案中，所述润滑剂为三羟基苯甲酸。
步骤(12)中，将所述原料混合的方法可采用本领域的常规方法，包括但不限于以水为介质使所述原料充分混合。
步骤(12)中，将所述原料埋在金属硅粒中的目的是使金属硅与原料中的炭黑反应生成部分碳化硅，同时金属硅在烧结过程中可以形成硅蒸汽，在压力条件下发生渗硅反应。
在一些实施方案中，所述金属硅粒为421牌号金属硅。优选地，所述金属硅粒的粒度为200目。进一步优选地，所述金属硅粒占所述原料的质量之和的43～49％，在烧结完毕后，将未参与反应的金属硅粒清理掉。
烧结的方式可采用本领域的常规方式，包括但不限于采用诸如烧结炉等烧结设备。烧结的条件对于生成本发明陶瓷材料而言非常重要。在一些实施方案中，采用如下烧结条件：
(21)在常压条件下升温至600～650℃，保持6～6.5小时；
(22)抽真空，在惰性气氛中，保持压力在2～2.2MPa，用11.5～12小时升温至1500～1600℃；
(23)保持压力在2～2.2MPa，再次升温至1900～2000℃，持续6～6.5小时；
(24)以每小时降温80～100℃的速率降至室温。
通过采用上述烧结条件，有助于进一步使反应完全发生并防止副反应，减少杂质的生成，同时避免陶瓷材料因热震发生破碎等问题。具体地，步骤(21)中，通过将烧结体系的温度在常压条件下升温至600～650℃，钛酸镁经氧化生成二氧化钛。
惰性气氛可阻止金属硅和低结合性氧化物发生过氧反应。惰性气氛为本领域常规使用的气氛，在一些实施方案中，所述惰性气氛为氮气，且在烧结开始之前提前向烧结设备中通入氮气。
步骤(22)中，在一些实施方案中，所述抽真空是使所述烧结设备内的压力小于等于30Pa。在该条件下升温至1500～1600℃时，所述烧结设备内的压力为350～450Pa。
通过以缓慢的速率升温至1500～1600℃，可以降低陶瓷材料本体在烧结过程中出现破裂的几率，并使金属硅粒和炭黑的反应平稳形成游离硅蒸汽。同时在2～2.2MPa的压力下，可以促使渗硅反应(游离硅蒸汽渗入材料深度20mm以内的孔隙中)快速完成，以填补材料孔隙，提高所得陶瓷材料的硬度。
步骤(23)中，通过再次升温至1900～2000℃，并保持压力在2～2.2MPa，持续6～6.5小时，以使陶瓷的化学反应完全，使所得陶瓷材料更加致密，具有更好的机械性能和耐温性能。
步骤(24)中，通过以每小时降温80～100℃的速率降至室温，可以控制降温的速度，确保所得陶瓷材料不出现热震破碎的问题。
在一些实施方案中，将所述原料投入烧结设备之前，先将烧结设备在常压下升温至350～400℃，保持6～6.5小时。通过该升温保压处理，可以将所述烧结设备内的结构水充分蒸发，避免结构水造成成型陶瓷材料的破裂。
在一些实施方案中，在烧结之前，还在所述烧结设备的承烧板上涂覆含量≥99％的氮化硼，以隔绝承烧板与原料反应，防止在烧结完成后所得陶瓷材料与承烧板出现难以分开的问题。
本发明提供的所述陶瓷材料，或者本发明提供的所述制备方法制备得到的陶瓷材料可以用于生产各种陶瓷制品，例如对强度和韧性要求高的陶瓷制品。
在一些实施例中，所述陶瓷制品为喷枪中的陶瓷隔离片。所述陶瓷隔离片可以制成任何需要的形状。
本发明还提供了一种陶瓷隔离片，其是由本发明所述的陶瓷材料，或者本发明所述的制备方法制备得到的陶瓷材料制备得到。
经实验证明，以本发明所述陶瓷材料制备得到的陶瓷隔离片具有优异的耐温性能、较高的硬度和良好的韧性，不易发生损坏或崩角，与现有的陶瓷隔离片相比具有更长的寿命和更好的效益性。
在一些实施方案中，结合图1，所述陶瓷隔离片包括：截头圆锥形容置腔1，所述截头圆锥形容置腔1的底部设有喷口2，所述喷口2为通孔并与所述截头圆锥形容置腔1连通(图中未展示)，所述截头圆锥形容置腔1远离所述底部的边缘向外延伸形成凸缘3。相比已有的陶瓷片，本申请的陶瓷隔离片在使用二十万个缸孔后仍可继续使用，品质不良率下降61.2％。
本发明还提供了一种陶瓷隔离片的制备方法，包括：
(31)提供以质量百分数计的各原料：碳化硅60～63％、炭黑2～4.5％、二氧化铪1.8～2％、氧化铝20～24％、氧化镁4.5～5.5％、润滑剂3～3.4％和添加剂1.24～1.7％；
(32)将所述原料混合压制成型，然后埋在金属硅粒中，经烧结，得到陶瓷隔离片。
具体地，步骤(31)的原料选择及作用与前文所述陶瓷材料的制备方法的步骤(11)相同。步骤(32)中，将所述原料混合的方法与前文所述陶瓷材料的制备方法的步骤(12)相同。
在一些实施方案中，步骤(32)具体包括：将所述原料混合装入模具压制成型后脱模，经烧结，得到底部封闭的所述截头圆锥形容置腔1及所述凸缘3，在所述截头圆锥形容置腔1的底部打孔形成所述喷口2，得到所述陶瓷隔离片；其中，所述模具与所述截头圆锥形容置腔1及所述凸缘3的结构匹配，且在所述喷口2对应的位置为平面。其中，所述模具为本领域的常规工具，根据所需产品的形状和/或结构进行设计和加工的方法也是本领域的常规方法。在一些实施方案中，为了获得如图1所示结构的陶瓷隔离片，所述模具的设计结构与图1所示结构相符，即所述模具与所述截头圆锥形容置腔及所述凸缘的结构匹配。此外，所述模具还可以留有一定余量以便后续脱模。脱模的方法为本领域的常规方法。
在实际加工过程中，本发明的发明人发现，如陶瓷隔离片在打孔之前，其圆锥形容置腔的底部(即圆锥部)存在尖端，则对该圆锥形容置腔的底部进行打孔以形成喷口2，使圆锥形容置腔形成所述截头圆锥形容置腔1时，喷口2存在应力集中、容易损坏的问题。因此，在一些实施方案中，设计模具时，优选将所述模具对应喷口2的位置设为平面，经烧结，得到底部封闭的所述截头圆锥形容置腔及所述凸缘。此时再对所述截头圆锥形容置腔的底部打孔以形成喷口2，可以获得形状完整的喷口2，且在喷口2绕通孔的圆周形成有一定宽度的平面，显著提高良品率，避免损坏陶瓷隔离片。
步骤(32)中的所述烧结方式、条件等均与前文所述陶瓷材料的制备方法的步骤(12)中的烧结相同。烧结完毕后进行。
为使本发明上述实施细节和操作能清楚地被本领域技术人员理解，以及本发明实施例陶瓷材料及其制备方法和用途的进步性能显著的体现，以下通过多个实施例来举例说明上述技术方案。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
准备原料：
Figure BDA0003524088910000091
将各原料混合并埋在粒度为200目的421牌号金属硅粒中(金属硅粒占各原料总重量的43％)，置于烧结炉中进行烧结，得到陶瓷材料。其中，烧结程序如下：
1.在常压下升温至600℃，保持6小时；
2.抽真空，在惰性气氛中，保持压力在2MPa，用11.5小时升温至1500℃；
3.保持压力在2MPa，再次升温至1900℃，持续6小时；
4.以每小时降温80℃的速率降至室温。
经测试，所得陶瓷材料的密度为3.02g/cm3，耐温2160℃，莫氏硬度为9.0，抗压强度为2200MPa，抗折强度为310MPa，抗热冲击为320℃，导热率为2W/(m.K)。
实施例2
准备原料：
Figure BDA0003524088910000101
将各原料混合装入模具中压制成型后脱模(模具的设计结构与本发明所描述的陶瓷隔离片的结构相符)，然后埋在粒度为200目的421牌号金属硅粒中(金属硅粒占各原料总重量的49％)，置于烧结炉中进行烧结，得到陶瓷隔离片。其中，烧结程序如下：
1.在常压下升温至650℃，保持6.5小时；
2.抽真空，在惰性气氛中，保持压力在2.2MPa，用12小时升温至1600℃；
3.保持压力在2.2MPa，再次升温至2000℃，持续6.5小时；
4.以每小时降温100℃的速率降至室温。
经晶象检测，所得陶瓷隔离片的成分如下：
Figure BDA0003524088910000111
经测试，所得陶瓷隔离片的密度为3.1g/cm3，耐温2370℃，莫氏硬度为9.1，抗压强度为2280MPa，抗折强度为330MPa，抗热冲击为340℃，导热率为2.2W/(m.K)。
实施例3
准备原料：
Figure BDA0003524088910000112
Figure BDA0003524088910000121
将各原料混合并埋在粒度为200目的421牌号金属硅粒中(金属硅粒占各原料总重量的45％)，置于烧结炉中进行烧结，得到陶瓷材料。其中，烧结程序如下：
1.在常压下升温至620℃，保持6小时；
2.抽真空，在惰性气氛中，保持压力在2MPa，用12小时升温至1550℃；
3.保持压力在2MPa，再次升温至1950℃，持续6小时；
4.以每小时降温90℃的速率降至室温。
经测试，所得陶瓷材料的密度为3.04g/cm3，耐温2220℃，莫氏硬度为9.0，抗压强度为2250MPa，抗折强度为330MPa，抗热冲击为330℃，导热率为2W/(m.K)。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种陶瓷材料，其特征在于，包括如下按照质量百分数计的组分：
Figure FDA0003524088900000011
2.根据权利要求1所述的陶瓷材料，其特征在于，所述陶瓷材料的密度为3.02～3.1g/cm3，耐温1800～2370℃，莫氏硬度为9.0～9.1，抗压强度为2200～2280MPa，抗折强度为300～330MPa，抗热冲击为300～340℃，导热率为2～2.2W/(m.K)。
3.权利要求1或2所述陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括：
提供以质量百分数计的各原料：碳化硅60～63％、炭黑2～4.5％、二氧化铪1.8～2％、氧化铝20～24％、氧化镁4.5～5.5％、润滑剂3～3.4％和添加剂1.24～1.7％；
将所述原料混合并埋在金属硅粒中，经烧结，得到陶瓷材料。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述二氧化铪溶解在氢氟酸溶液中；所述添加剂选自氧化钇和钛酸镁；所述润滑剂为三羟基苯甲酸；所述金属硅粒为421牌号金属硅；优选地，所述氧化钇的添加量为0.8～1.2％，所述钛酸镁的添加量为0.44～0.5％；所述金属硅粒的粒度为200目；所述金属硅粒占所述原料的质量之和的43～49％。
5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述烧结包括：
在常压下升温至600～650℃，保持6～6.5小时；
抽真空，在惰性气氛中，保持压力在2～2.2MPa，用11.5～12小时升温至1500～1600℃；
保持压力在2～2.2MPa，再次升温至1900～2000℃，持续6～6.5小时；
以每小时降温80～100℃的速率降至室温；
其中，优选地，所述抽真空是使所述烧结设备内的压力小于等于30Pa。
6.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，将所述原料投入烧结设备之前，先将所述烧结设备在常压下升温至350～400℃，保持6～6.5小时。
7.权利要求1或2任一项所述的陶瓷材料，或者权利要求3-6任一项所述的制备方法制备得到的陶瓷材料在制备陶瓷制品中的用途。
8.一种陶瓷隔离片，其特征在于，所述陶瓷隔离片由权利要求1或2任一项所述的陶瓷材料，或者权利要求3-6任一项所述的制备方法制备得到的陶瓷材料制备得到。
9.一种陶瓷隔离片的制备方法，其特征在于，包括：
提供以质量百分数计的各原料：碳化硅60～63％、炭黑2～4.5％、二氧化铪1.8～2％、氧化铝20～24％、氧化镁4.5～5.5％、润滑剂3～3.4％和添加剂1.24～1.7％；
将所述原料混合压制成型，然后埋在金属硅粒中，经烧结，得到陶瓷隔离片。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述陶瓷隔离片包括：截头圆锥形容置腔(1)，所述截头圆锥形容置腔(1)的底部设有喷口(2)，所述截头圆锥形容置腔(1)远离所述底部的边缘向外延伸形成凸缘(3)；
将所述原料混合压制成型，然后埋在金属硅粒中，经烧结，得到陶瓷隔离片的步骤具体包括：
将所述原料混合装入模具压制成型后脱模，经烧结，得到底部封闭的所述截头圆锥形容置腔(1)及所述凸缘(3)，在所述截头圆锥形容置腔(1)的底部打孔形成所述喷口(2)，得到所述陶瓷隔离片；
其中，所述模具与所述截头圆锥形容置腔(1)及所述凸缘(3)的结构匹配，且在所述喷口(2)对应的位置为平面。
CN202210187279.3A 2022-02-28 2022-02-28 陶瓷材料及其制备方法和用途 Active CN114478016B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210187279.3A CN114478016B (zh) 2022-02-28 2022-02-28 陶瓷材料及其制备方法和用途

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210187279.3A CN114478016B (zh) 2022-02-28 2022-02-28 陶瓷材料及其制备方法和用途

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114478016A true CN114478016A (zh) 2022-05-13
CN114478016B CN114478016B (zh) 2023-03-31

Family

ID=81484719

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210187279.3A Active CN114478016B (zh) 2022-02-28 2022-02-28 陶瓷材料及其制备方法和用途

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114478016B (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5089455A (en) * 1989-08-11 1992-02-18 Corning Incorporated Thin flexible sintered structures
US5350637A (en) * 1992-10-30 1994-09-27 Corning Incorporated Microlaminated composites and method
CN102219519A (zh) * 2011-04-26 2011-10-19 大连金玛硼业科技集团有限公司 一种碳化硅防弹陶瓷材料及其制备方法
US8128861B1 (en) * 2000-07-21 2012-03-06 M Cubed Technologies, Inc. Composite materials and methods for making same
US20140137831A1 (en) * 2012-11-21 2014-05-22 RZR Corporation Cylinder Bore Coating System
CN105189932A (zh) * 2013-03-15 2015-12-23 通用电气公司 抗凹陷陶瓷基体复合物和环境阻隔涂层
CN105277484A (zh) * 2014-07-21 2016-01-27 通用汽车环球科技运作有限责任公司 至发动机汽缸孔的涂层的无损附着力测试
CN112112741A (zh) * 2019-06-19 2020-12-22 福特全球技术公司 用于气缸孔涂层填充材料的系统和方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5089455A (en) * 1989-08-11 1992-02-18 Corning Incorporated Thin flexible sintered structures
US5350637A (en) * 1992-10-30 1994-09-27 Corning Incorporated Microlaminated composites and method
US8128861B1 (en) * 2000-07-21 2012-03-06 M Cubed Technologies, Inc. Composite materials and methods for making same
CN102219519A (zh) * 2011-04-26 2011-10-19 大连金玛硼业科技集团有限公司 一种碳化硅防弹陶瓷材料及其制备方法
US20140137831A1 (en) * 2012-11-21 2014-05-22 RZR Corporation Cylinder Bore Coating System
CN105189932A (zh) * 2013-03-15 2015-12-23 通用电气公司 抗凹陷陶瓷基体复合物和环境阻隔涂层
CN105277484A (zh) * 2014-07-21 2016-01-27 通用汽车环球科技运作有限责任公司 至发动机汽缸孔的涂层的无损附着力测试
CN112112741A (zh) * 2019-06-19 2020-12-22 福特全球技术公司 用于气缸孔涂层填充材料的系统和方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
J. UMER ET.AL: "Asperity level tribological investigation of automotive bore material and coatings", 《TRIBOLOGY INTERNATIONAL》 *
YUCONG WANG ET.AL: "Scuffing and wear behavior of aluminum piston skirt coatings against aluminum cylinder bore", 《WEAR》 *
黄勇 等: "无缸套全铝合金气缸体缸孔内壁涂层的制备及性能研究", 《汽车工艺与材料》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114478016B (zh) 2023-03-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPS6022676B2 (ja) 窒化硅素・窒化硼素複合焼結体及びその製造方法
CN109293363B (zh) 一种铝碳化硼复合材料的制备方法
CN107129305B (zh) 一种原位燃烧合成制备b4c纤维的方法
US3838188A (en) Vacuum baked composite molded carbonaceous electrodes
CN112404453A (zh) 一种超细晶材料的增材制造方法
CN114478016B (zh) 陶瓷材料及其制备方法和用途
CN113481405B (zh) 一种铜铁合金的制备方法
CN116354729B (zh) 一种SiC陶瓷零部件及其制备方法与应用
CN112276074A (zh) 一种高效环保金属射出成形喂料的制备方法
CN104911384B (zh) 一种钨基难熔碳化物复合材料的低温制备方法
CN111269016A (zh) 一种碳化硅产品烧结方法
CN114907133B (zh) 一种硅基陶瓷型芯材料、制备方法以及硅基陶瓷型芯
CN114182124B (zh) 一种高弥散性银碳化钨电触头材料及其制备方法
CN110918970A (zh) 一种降低硅脱氧钢加工过程断丝率的浸入式水口内衬材料
CN110627518A (zh) 一种高强度复合石墨电极的制备方法
CN115233197A (zh) 一种镀氮化钛金刚石及其生产工艺
CN100341647C (zh) 一种性能呈梯度变化的硬质合金拉丝模具的生产方法
JP4295491B2 (ja) 銅−タングステン合金およびその製造方法
CN109848405B (zh) 粉末表面处理剂、钛或钛合金粉表面处理方法及复合粉末
CN114192774A (zh) 高弥散度和高致密性的银钨电触头材料及其制备方法
CN113698202A (zh) 一种水口及其制备方法与应用
KR20200065570A (ko) 철동 합금 분말, 이의 제조방법, 및 이를 이용한 소결체
CN113045295A (zh) 一种高强度陶瓷型材及其制备方法
CN114182122B (zh) 一种高弥散度银钼电触头材料及其制备方法
CN110921656A (zh) 一种微波膨胀的石墨烯材料及其在混凝土中的应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant