CN1317408C - 一种金属陶瓷梯度材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种自蔓延离心法制备金属陶瓷梯度材料的方法，属于金属陶瓷制备技术领域。将碳化钛粉末或碳化钨粉末与氧化铁粉，铝粉混合均匀，铝粉与氧化铁发生铝热反应，Fe2O3+2Al＝Al2O3+2Fe+836KJ，反应放出巨大的热，生成物氧化铝，铁均为液态，硬质相粉会以固态颗粒留在铁液中，在离心力作用下，生成的氧化铝和铁液分层，硬质相颗粒根据密度不同开始分层，呈梯度变化，密度小于金属铁液的颗粒向圆心方向移动，密度大于金属铁液的颗粒向远离圆心的方向移动，控制反应原料的离心加速度在500～5000m/s2；冷却后，去除氧化铝层得到金属陶瓷梯度材料。优点在于：工艺简单，可制备多种不同要求的金属陶瓷梯度材料。

Description

一种金属陶瓷梯度材料的制备方法
技术领域
本发明属于金属陶瓷制备技术领域，特别是提供了一种自蔓延离心法制备金属陶瓷梯度材料的方法。
背景技术
金属陶瓷是将金属相与陶瓷相复合在一起形成的一种复合材料，它具有陶瓷相的高硬度和金属相的强韧性，高强度等优点。
梯度材料是1986年日本学者平井敏雄，新野正之等人提出的材料概念，是指材料的组成成份在某一方向上是连续变化的，即形成呈梯度分布，这类材料因为成份组成是连续变化的，所以某方面的性能也是连续变化的，这种变化能满足不同工作环境对材料的要求。
离心法铸造法制备梯度功能材料是在离心力作用下，使熔体内的成份重新选定，使凝固后的组织呈一种或多种成份梯度变化。
发明内容
本发明的目的是提供一种自蔓延离心法制备金属陶瓷梯度材料的方法。
本发明的构思为：将碳化钛粉末(或碳化钨粉末)与氧化铁粉、铝粉混合均匀，其中碳化钛粉占混和粉末总重量的5～39％(若采用碳化钨粉末，则碳化钨粉可占混和粉末总重量的10～69％)，铝粉与氧化铁发生铝热反应， ，点燃钨丝进行反应，反应放出巨大的热，生成物氧化铝、铁均为液态，由于硬质相粉熔点高，且密度大于液态氧化铝，硬质相粉会以固态颗粒留在铁液中，在离心力作用下，生成的氧化铝液和铁液分层，由于硬质相颗粒与铁液密度不同开始分层，呈梯度变化，密度小于金属铁液的颗粒向圆心方向移动，密度大于金属铁液的颗粒向远离圆心的方向移动。冷却后，去除氧化铝层即可得到金属陶瓷梯度材料。
本发明的具体说明如下：
1、将TiC粉，氧化铁粉，铝粉按适当比例混和，TiC粉占混和粉末总重的5～39％，余量为氧化铁，铝粉混和物，氧化铁和铝粉按反应式 的比例配比；
2、可以用WC粉末替代TiC粉末，当使用WC粉末时，WC粉占混和粉末总重的10～69％。
3、可以用TiC，WC的混和粉末与氧化铁粉，铝粉按适当比例混和，TiC，WC的加入量按下式比例： ，要求x+y之和在0.1～2.36。
4、控制反应原料的离心加速度在500～5000m/s2。
本发明的优点在于：工艺简单，可制备多种不同要求的金属陶瓷梯度材料。
附图说明
图1为本发明采用轴向离心法生产金属陶瓷梯度材料的示意图。图1a为反应前的示意图，图1b为反应结束后的示意图。其中，石墨型腔1、硬质相与氧化铁粉、铝粉的混合物2、用于点燃的钨丝3、生成的金属陶瓷梯度材料4、氧化铝层5。
图2为本发明采用径向离心法生产金属陶瓷梯度材料的示意图；图2a是反应前的示意图，图2b是反应结束后的示意图。
具体实施方式
实施例1：TiC粉，20g，铝粉54g，氧化铁粉160g，混合均匀，装入Φ74mm，壁厚5mm，长100mm的石墨型腔中，将型腔装卡在离心机上，启动离心机，转速为1110转/分(反应原料的离心加速度为500m/s2)，点燃钨丝。如图1a所示，冷却后，如图1b所示。去除氧化铝层，即可制得金属陶瓷环，碳化钛在环内表面浓度最高，浓度沿直径方向变化，越向外浓度越低。
实施例2：TiC粉，50g；WC粉98g，粒径小于150μm，350g；铝粉108g，氧化铁粉320g，混合均匀，离心机转速，3600转/分(反应原料的离心加速度为4975m/s2)，其余步骤同例1，可制得碳化钛在环内表面浓度最高，碳化钨在环外壁浓度最高得金属陶瓷梯度材料。
实施例3：WC粉，250g，铝粉108g，氧化铁粉320g，如图2所示，装在Φ20mm，壁厚5mm，长100mm的石墨型腔中，型腔装卡在径向离心机上，径向旋转半径20cm，离心机转速1653转/分(反应原料的离心加速度为3000m/s2)，点燃钨丝。冷却后，即可得到棒状金属陶瓷梯度材料。碳化钨在远离圆心的顶端浓度最高。

Claims (4)

1、一种自蔓延离心法制备金属陶瓷梯度材料的方法，其特征在于：将碳化钛粉末或碳化钨粉末与氧化铁粉、铝粉混合均匀，铝粉与氧化铁发生铝热反应， ，点燃钨丝进行反应，反应放出巨大的热，生成物氧化铝、铁均为液态，硬质相粉会以固态颗粒留在铁液中，在离心力作用下，生成的氧化铝液和铁液分层，由于硬质相颗粒与铁液的密度不同开始分层，呈梯度变化，密度小于金属铁液的颗粒向圆心方向移动，密度大于金属铁液的颗粒向远离圆心的方向移动，控制反应原料的离心加速度在500～5000m/s2；冷却后，去除氧化铝层得到金属陶瓷梯度材料。
2、按照权利要求1所述的方法：其特征在于：用碳化钛粉，碳化钛粉占碳化钛粉末与氧化铁粉混和粉末总重量的5～39％。
3、按照权利要求1所述的方法：其特征在于：用碳化钨粉，碳化钨粉占碳化钨粉末与氧化铁粉混和粉末总重量的10～69％。
4、按照权利要求1所述的方法：其特征在于：采用TiC，WC的混和粉末，TiC，WC的加入量按下式比例： ，要求x+y之和在0.1～2.36。
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