专利名称：高致密度金属陶瓷材料的燃烧合成工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种燃烧合成高致密度金属陶瓷材料的制造工艺。
背景技术：
金属陶瓷是由金属相和陶瓷相组成的一种复合材料，其既具有金属的韧
性、高导热和高导电性能，又具有陶瓷的高硬度、耐腐蚀和耐热性能。如TJC 一Ni系金属陶瓷较硬质合金(WC—Co系)更硬，因此，TiC一Ni系金属陶 瓷刀具较硬质合金刀具具有更高的切削速度。用TiC一Ni系金属陶瓷代替硬 质合金还可节约资源紧缺的战略元素W和Co。另外TiC一Ni系金属陶瓷还 可用作防弹装甲，轧辊等。T旧2-Cu系金属陶瓷具有高硬度和良好的导热、导 电性能。可被广泛用作电火花加工用的电极材料，电阻焊用的电极材料，和 高压开关用的触头材料等。
金属陶瓷的常规制备方法是高温热压烧结。但高温热压烧结的缺点是高 耗能，生产效率低，生产成本高。近来，燃烧合成技术被引入金属陶瓷制备 燃烧合成领域。燃烧合成，又名自蔓延高温合成，是利用化学反应自身放热 合成材料的一种新技术，除去点火以外，基本上不需要外部热源。因此，燃 烧合成具有耗能低，生产周期短，金属和陶瓷的界面无污染和结合好，生产 成本低等特点。但是由于燃烧合成过程时间很短，毛坯(粉末间隙)所含的 气体难以有效排除。这就造成燃烧合成技术通常难以制备出高致密度的产品， 而阻碍了燃烧合成技术在金属陶瓷制备领域的实际应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种通过燃烧合成制造高致密度金属陶瓷材料的方 法。该方法利用真空环境，极大地减少毛坯粉末间隙所含的气体，在燃烧合 成过程中，通过模具对毛坯施加一个准等静压，从而大大减少气体被裹覆在 金属陶瓷内的机会，可显著提高金属陶瓷的致密度。
本发明燃烧合成高致密度金属陶瓷材料的工艺方法如下
1、 金属陶瓷的原材料首先通过高温真空，进行干燥和脱气，然后再按一 定比例进行配料和球磨混合；
2、 压制毛坯原材料经过真空干燥、配料和混合均匀后，采用模压，压 强在10—200Mpa之间，制成毛坯；
3、 植模将压制好的毛坯，放入模具中，毛坯用石英砂包覆；
4、 抽真空利用模具上的抽气管道，抽去模具内，沙粒和毛坯缝隙内的 空气；
5、 燃烧合成采用低电压大电流，通过电极4将点火剂1首先点燃，进
而引燃毛坯2，等毛坯2完全燃烧后，在用压机通过模具向试样施压，从而达 到致密化；
6、 后处理燃烧合成并致密化后，脱模，清理表面覆砂，如果需要，成 品还可以退火，去应力。
按照所述燃烧合成金属陶瓷材料的工艺方法，燃烧合成Ni—TiC金属陶 瓷的方法是Ni—TiC金属陶瓷配方为Ni的含量为5—60wt%， (Ti+C)粉 的含量为40—95wt% (注Ti和C的原子比应为1: 1)。也可用0.1~15wt Q^的Mo、 Co， Cr和Al等合金元素替代部分的Ni;也可以用部分的TiN陶 瓷颗粒替代部分的(Ti+C)粉。首先，各种配方原料通过高温真空，进行干 燥和脱气，按上述比例进行配料和球磨混合；其次，在10 — 200Mpa压强下， 模压制成毛坯；再将压制好的毛坯，放入模具中，抽去模具内，沙粒和毛坯 缝隙内的空气；然后，采用低电压大电流，通过电极将点火剂首先点燃，进 而引燃毛坯，等毛坯完全燃烧后，用压机通过模具向毛坯施压，从而达到致 密化；最后，脱模，清理表面覆砂；如果需要，成品还可以退火，去应力。
按照所述燃烧合成金属陶瓷材料的工艺方法，燃烧合成Cu—TiB2金属陶 瓷的方法是Cu—TiB2金属陶瓷配方为Cu的含量为5 —60wt%， (Ti+B)粉 的含量为40—95wt% (注Ti和C的原子比应为l: 2)。也可以用0.1 15wt %的Cr和Al等替代部分的Cu;也可以用C粉替代部分或全部的B粉，C 替代B的原子比例为1: 2。首先，各种配方原料通过高温真空，进行干燥和 脱气，按上述比例进行配料和球磨混合；其次，在10—200Mpa压强下，模压
制成毛坯；再将压制好的毛坯，放入模具中，抽去模具内，沙粒和毛坯缝隙 内的空气；然后，采用低电压大电流，通过电极将点火剂首先点燃，进而引 燃毛坯，等毛坯完全燃烧后，用压机通过模具向毛坯施压，从而达到致密化; 最后，脱模，清理表面覆砂；如果需要，成品还可以退火，去应力。
按照所述燃烧合成金属陶瓷材料的工艺方法，还可以燃烧合成梯度金属 陶瓷。梯度金属陶瓷的表层采用高陶瓷含量，低金属含量；中间层采用低陶瓷 含量，高金属含量；在表层和中间层之间的成分介于两者之间。实现成分的渐 进变化，从而达到表层硬，中间韧性好，整个材料表现高硬度和高韧性。
图1是毛坯布置示意图。
图2是梯度金属陶瓷的毛坯示意图。 具体实施方法
实施例
实施例一燃烧合成TiC-Ni金属陶瓷。金属陶瓷的配方为Ni的含量为 30wt%， Mo的含量为5wt%， (Ti + C)粉的含量为55wt^ (注Ti和C的 原子比应为l: 1)和10wtXTiN粉。配好的粉末在混合均匀后，首先被压制 的10 x 10 x 2厘米的毛坯；然后将毛坯放入模具中，具体布置如图1所示， 图中1、点火剂，2、毛坯，3、石英砂，4、电极。毛坯的顶部铺设一些点 火剂l，毛坯2用石英砂3包覆；然后，抽真空；接着点燃压坯；待完全燃烧 后，试样还处于半熔化状态时，通过压头施压，由于没有空气，就可获得完 全致密的金属陶瓷，金属陶瓷硬的度达HRA92。
实施例二燃烧合成TiB2-Cu金属陶瓷。金属陶瓷的配方为Cu的含量为 50wt%， Al的含量2wt^ (Ti+B)粉的含量为48wt% (注，Ti和B的原子 比应为l: 2)。混合均匀的混合粉首先被压制的10xl0x2厘米的毛坯；然 后将毛坯放入模具中，具体布置如图l所示；然后，抽真空；接着点燃压坯； 待完全燃烧后，试样还处于半熔化状态时，通过压头施压。由于没有空气， 就可获得完全致密的金属陶瓷，金属陶瓷硬的度达HRA82，导电率可达纯铜 的30%。
实施例三燃烧合成TiC-Ni梯度金属陶瓷。从图2可以看出，金属陶瓷 层的配方有三种5为Ni的含量为46wt^， 4wt%Al粉和50wt% (Ti+C) 粉(注Ti和C的原子比应为l: 1); 6为Ni的含量为35wt%， 3wt%Al粉， 5wt% (Ti+C)粉；7为Ni的含量为25wt%， Mo的含量为5wt%， (Ti+C) 粉的含量为60wtX和10wt^TiN粉。混合均匀的混合粉首先被压制成分如图 3的毛坯；然后将毛坯放入模具中，具体布置如图l所示；然后，抽真空；接 着点燃压坯；待完全燃烧后，试样还处于半熔化状态时，通过压头施压。由 于没有空气，就可获得完全致密的梯度金属陶瓷，梯度金属陶瓷表面硬度达 HRA93。
权利要求
1、一种高致密度金属陶瓷材料的燃烧合成工艺，其工艺过程如下(1)、金属陶瓷的原材料首先通过高温真空，进行干燥和脱气，然后再按一定比例进行配料和球磨混合；(2)、压制毛坯原材料经过真空干燥、配料和混合均匀后，采用模压，压强在10-200Mpa之间，制成毛坯；(3)、植模将压制好的毛坯，放入模具中，毛坯的顶部铺设一些点火剂，然后，压坯用石英砂包覆；(4)、抽真空利用模具上的抽气管道，抽去模具内，沙粒和毛坯缝隙内的空气；(5)、燃烧合成采用低电压大电流，通过电极将点火剂首先点燃，进而引燃毛坯，等毛坯完全燃烧后，用压机通过模具向试样施压；(6)、后处理燃烧合成并致密化后，脱模，清理表面覆砂，退火，去应力。
2、 根据权利要求1的高致密度金属陶瓷材料的燃烧合成工艺，其特征是所述金属陶瓷为Ni—TiC金属陶瓷，其配方为Ni的含量为5 — 60wt%，(Ti+C)粉的含量为40—95wt%， Ti和C的原子比应为l: 1。
3、 根据权利要求2的高致密度金属陶瓷材料的燃烧合成工艺，其特征是可以用0. 1 15wt^的Mo、 Co， Cr和Al等合金元素替代部分的Ni。
4、 根据权利要求2的高致密度金属陶瓷材料的燃烧合成工艺，其特征是可以用部分的TiN陶瓷颗粒替代部分的(Ti + C)粉。
5、 根据权利要求1的高致密度金属陶瓷材料的燃烧合成工艺，其特征是所述金属陶瓷为Cu—TiB2，其配方为Cu的含量为5 — 60wt%， (Ti+B) 粉的含量为40—95wtX， Ti和C的原子比应为l: 2。
6、 根据权利要求5的高致密度金属陶瓷材料的燃烧合成工艺，其特征是.-可以用O. 1 15wtX的Cr和Al等替代部分的Cu。
7、 根据权利要求5的高致密度金属陶瓷材料的燃烧合成工艺，其特征是可以用C粉替代部分或全部的B粉，C替代B的原子比例为1: 2。
8、 根据权利要求1的高致密度金属陶瓷材料的燃烧合成工艺，其特征是所述金属陶瓷可以是梯度金属陶瓷，梯度金属陶瓷的表层采用高陶瓷 含量，低金属含量金属陶瓷；中间层采用低陶瓷含量，高金属含量金属陶 瓷；在表层和中间层之间的成分介于两者之间。
9、 根据权利要求8的高致密度金属陶瓷材料的燃烧合成工艺，其特征 是所述梯度金属陶瓷，可以是有三层金属陶瓷层的三梯度金属陶瓷；可 以是有四层金属陶瓷层的四梯度金属陶瓷，最多可以达到有十层金属陶瓷 层的十梯度金属陶瓷。
全文摘要
本发明公开了一种新型的燃烧合成高致密度金属陶瓷材料的工艺。该工艺过程是首先，各种配方原料通过高温真空，进行干燥和脱气，按上述比例进行配料和球磨混合；其次，在10-200MPa压强下，模压制成毛坯；再将压制好的毛坯，放入模具中，抽去模具内，沙粒和毛坯缝隙内的空气；然后，采用低电压大电流，通过电极将点火剂首先点燃，进而引燃毛坯，等毛坯完全燃烧后，用压机通过模具向毛坯施压，从而达到致密化；最后，脱模，清理表面覆砂。该工艺有效解决了燃烧合成过程中气体排除难题，该工艺制备的金属陶瓷的表面硬度和断裂强度高，断裂韧性好。
文档编号B22F3/12GK101343698SQ200810123260
公开日2009年1月14日 申请日期2008年7月11日 优先权日2008年7月11日
发明者王华彬 申请人:王华彬