专利名称：氮化二铬－氧化铝复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及氮化二铬-氧化铝(Cr2N-Al2O3)新型复合材料及其制备方法，可用于制备耐磨材料、切削刀具等。更确切地说，先采用机械球磨方法制备均匀混合的CrN-Al2O3粉体，然后用热压烧结制备Cr2N-Al2O3新型复合材料的方法，属于高性能陶瓷材料领域。
添加适当的第二相制得氧化铝基复合材料可以应用于耐磨材料、切削刀具。自从Niihara在J.Ceram.Soc.Jpn.99卷pp974-982(1999)上报道了添加亚微米、纳米第二相可制得机械性能优良的复合材料以来，人们对氧化铝基复合材料进行了广泛的研究。常用来增强氧化铝陶瓷的有SiC、TiC、TiN、金属等。Al2O3-SiC复合材料在结构材料、耐磨材料等方面具有广泛的应用前景。Al2O3-TiC复合材料具有高耐磨性、高的强度和韧性、良好的导电性能，可以应用于切削刀具、磁头材料。在陶瓷基体中加入导电第二相，不仅可以改善材料的机械性能，而且可以大幅度降低材料的电阻，使材料可以采用电火花加工技术，从而制得形状复杂的陶瓷材料。因此研究工作者采用不同的方法制备了Al2O3-TiC、Al2O3-TiN复合材料。为了改善陶瓷材料的韧性，Ni、Co、Al、Nb、Mo也常作为第二相与氧化铝复合，形成高韧性复合材料。
氮化铬具有良好的物理和机械性能，是比目前应用较广的氮化钛更好的耐磨材料。氮化铬膜材料的研究比较多，但氮化铬作为陶瓷材料的研究很少。近来Y.Takano等分别在J.Am.Ceram.Soc.，83[2]448-50(2000)和84[9]2120-22(2001)报道了采用热等静压制备CrN/ZrO2(2Y)复合材料、Cr2N和CrN陶瓷材料。Cr2N-Al2O3复合材料未见报道。本发明以纳米CrN和α-Al2O3为原料，制备了新型Cr2N-Al2O3复合材料，材料的强度和韧性都有所提高。
本发明的目的是这样实施的以CrN和α-Al2O3纳米粉体为起始原料，以无水乙醇为球磨介质，氧化铝球或氮化硅球为研磨体，在常温、常压下，球磨混合得到组成均匀的CrN和α-Al2O3混合粉体；将CrN和α-Al2O3混合粉体在热压炉中，在氮气气氛条件下，高温热压烧结，烧结过程中CrN分解失去部分氮成为Cr2N，制得Cr2N-Al2O3新型复合材料。
由此可见，本发明提出的Cr2N-Al2O3新型复合材料的制备方法的具体实施可分为两大步第一步是制备组成均匀的CrN和α-Al2O3混合粉体；第二步是热压烧结制备Cr2N-Al2O3复合材料。现分别详述如下一.组成均匀的CrN和α-Al2O3混合粉体的制备本发明采用粒度为40～80nm的CrN纳米粉体和粒度为～60nm的α-Al2O3纳米粉体(上海吴松化肥厂生产的HFF25)为原料。其中纳米CrN粉体是采用直接氮化纳米氧化铬粉体制备的。具体过程如下将沉淀法制备的纳米氧化铬放入石英舟中，装入管式气氛炉，通入氨气，氨气流量为1升/分钟，升温至800℃，升温速率为10℃/分钟，在此温度下，保温8小时，然后，在流动氨气下，自然冷却至室温，得到纳米氮化铬粉体。该方法已由申请人向中国知识产权局提交了申请，发明创造名称为“一种由纳米氧化铬直接氮化制备纳米氮化铬粉体的方法”。专利申请号为01131974.7。根据设计的体积含量分别称取上述两种粉体，装入聚乙烯塑料瓶中，加入适量无水乙醇和3～4倍粉体重量的氮化硅或氧化铝磨球。球磨混合24小时，然后，烘干、研磨、过200目筛。二.Cr2N-Al2O3复合材料的制备将得到的组成均匀的CrN和α-Al2O3混合粉体，装入石墨模具中，在多功能热压烧结炉中，通入氮气，升温至1350～1600℃，热压压力为20～40MPa，保温30～90分钟，然后，在流动氮气下，自然冷却至室温，得到Cr2N-Al2O3复合材料。复合材料中Cr2N所占体积百分数为3～30vol％，即复合材料的组成通式为3～30vol％Cr2N-97～70vol％Al2O3。
本发明提供的Cr2N-Al2O3复合材料制备方法的特点是1.Cr2N-Al2O3复合材料制备的温度低，操作温度范围大。
2.制得Cr2N-Al2O3复合材料的组成均匀、晶粒尺寸小、密度接近于理论密度。
3.制得Cr2N-Al2O3复合材料强度的强度达700～800MPa，韧性4～4.8MPa·m1/2，均较纯Al2O3有明显提高。
权利要求
1.氮化二铬-氧化铝复合材料，其特征在于复合材料中Cr2N的体积含量为3～30vol.％。
2.按权利要求1所述的氮化二铬-氧化铝复合材料，其特征在于纳米级到微米级的Cr2N颗粒均匀分散在Al2O3基体中。
3.按权利要求1所述的氮化二铬-氧化铝复合材料的制备方法，其特征在于用机械球磨的方法将纳米Al2O3和纳米CrN粉体混合均匀，然后在氮气氛中采用热压方法制备成不同组成的Cr2N-Al2O3复合材料。
4.按权利要求3所述的氮化二铬-氧化铝复合材料的制备方法的制备方法，其特征在于所述纳米CrN粉体粉体的粒度为40～80nm，纳米Al2O3粉体的粒度为60nm。
5.按权利要求3所述的氮化二铬-氧化铝复合材料的制备方法，其特征在于所述机械球磨的条件是球磨介质为无水乙醇，磨球为氧化铝或氮化硅，磨球加入量为粉体重量的3～4倍，烘干后过200目筛。
6.权利要求3所述的氮化二铬-氧化铝复合材料的制备方法，其特征在于所述的热压条件为热压温度1350-1600℃，热压压力20-40MPa，热压时间30-90分钟。
全文摘要
本发明制备了一种氮化二铬－氧化铝(Cr
文档编号C04B35/10GK1453240SQ0312899
公开日2003年11月5日 申请日期2003年5月30日 优先权日2003年5月30日
发明者高濂, 李耀刚 申请人:中国科学院上海硅酸盐研究所