专利名称：金属陶瓷制造技术的制作方法
技术领域：
本发明属于陶瓷材料制备技术领域。
常规热压法制造的Al2O3-TiC陶瓷和Al2O3-TiC基金属陶瓷用作刀具材料已有二十年历史，至今仍然是用量最大的陶瓷刀具，广泛用于调质钢、淬火钢、铸铁、石墨和胶皮等的加工。这类陶瓷是采用Al2O3和TiC等粉末经混合后热压制成的。这种工艺很难获得晶粒细小、相分布均匀的材料，成本高。
自蔓燃高温合成法(SHS)是利用反应放热制备材料的新技术，能耗低、工艺设备较简单，产品质量好。R。A。Culter等采用SHS法制备了致密Al2O3-TiC陶瓷(“Synthesis and Densification of Oxide-Carbide Composites”，Ceram Eng.Sci.Proc.6〔7-8〕，715-728，1985).SHS法制备了Al2O3-TiC陶瓷的韧性比传统热压陶瓷的好。但是，陶瓷的脆性仍然限制了其广泛应用。
本发明的目的是利用SHS法制备Al2O3-TiC基金属陶瓷，加入金属添加剂，改善材料的韧性，扩大使用范围，降低成本。
本发明的构思是采用SHS法合成Al2O3-TiC基体，同时加入金属粘结剂，形成组织均匀的金属陶瓷，在SHS反应过程中，同时形成Al2O3和TiC，它们的长大受到彼此的抑制。因此，可以获得晶粒细小、相分布均匀的组织。同时，添加粘结金属将Al2O3-TiC结合起来形成强度高韧性好的金属陶瓷。其详细叙述如下1.TiO2、Al和C是主要的反应物料，按反应式TiO2+Al+C→TiC+Al2O3+Q，形成基本成分Al2O3和TiC，Q是反应放热。在上述反应物料中，加入一种或二种铁族元素(Fe、Co、Ni)，作为金属粘结剂。同时，加入一种或二种第ⅥB族金属元素(Cr、Mo、W)，通过反应形成这些元素的碳化物与TiC的固溶体，以便改善铁族粘结金属对TiC的润湿性，为了促进Al2O3的烧结并抑制其晶粒长大，还加入少量MgO、NiO或TiO2等氧化物。
2.在金属陶瓷中，陶瓷相的总量为80～95wt%，其中，TiC量为20～60wt%，通过加入Al2O3粉或过量TiO2和C来调整Al2O3与TiC的比例。MgO或NiO，TiO2的含量为0.1～1wt%。
3.在金属陶瓷中，金属添加剂的总量为5～20wt%。其中，铁族金属量为1～15wt%，以金属粉末的形式加入。第ⅥB族元素的量为1～10wt%，以金属粉末的形成加入，也可以金属氧化物的形成加入。
4.Al2O3-TiC基金属陶瓷可通过如下工艺来制备。
(1)SHS-热压法在物料发生SHS反应的同时进行热压，这种工艺工序少，成本低。
(2)SHS合成-破碎-热压合成的物料经破碎成粉末后混料，进行热压;
(3)SHS合成-破碎-成型-烧结合成的物料经破碎成粉末后混料、模压成型后烧结。
采用SHS法制造Al2O3-TiC基金属陶瓷，密度4.2～4.6克/厘米3，硬度Hv为18.0～20.0GPa，抗弯强度600～850MPa，断裂韧性KIC为4.5～6MPa·m1／2。刀具加工55钢(淬硬HRc50～55)，切削速度为110m/min，刀具磨损0.24mm时，切削时间为90min。
本发明的优点在于比传统热压Al2O3-TiC刀具寿命增长3倍，且工艺简单，成本低。
实例158克TiO2粉(-100目)，26克Al粉(-200目)，8.5克炭黑，4克Ni粉(-200目)，3克Mo粉(-200目)和0.5克MgO粉球磨24小时。混合好的试料装入石墨模具中，在直热式热压机上进行SHS-热压，当模具加热到约1400℃时，试料发生反应，立即施加压力(200kg/cm2)进行热压。此时试料温度达1700～1900℃。热压10秒钟左右即可得到致密Al2O3-TiC-Ni、(Mo)金属陶瓷。密度4.6g/cm3，硬度Hv 19.0GPa，抗弯强度850MPa，断裂韧性KIC5.5MPa·m1／2。刀具切削结果如前所述。
实例258克TiO2粉(-100目)，26克Al粉(-200目)和8.5克炭黑，混合8小时后，置入小型SHS反应器合成。合成料经球磨24小时，粉碎成粉末。合成粉末中再加入4克Ni粉(-200目)，3克Mo粉(-200目)和0.5克MgO粉，球磨24小时。混合好的料装入石墨模具内，在直热式热压机上热压，热压温度1650～1700℃，压力200kg/cm2，时间10分钟，就可以获得致密金属陶瓷。密度4.65g/cm3，硬度Hv19.2GPa，抗弯强度800MPa，断裂韧性KIC5.4MPa·m1／2。
实例368克TiO2粉，31克Al粉，9克炭黑和62克Al2O3粉(-400目)混合8小时，反应试料在SHS反应器中，借钨丝加热点燃，合成Al2O3+TiC。合成料经24小时球磨成粉末。合成粉末再加入6克Ni粉，4克Mo粉和1克MgO粉，经球磨24小时。混合好的粉末模压成型，后在真空炭管炉进行烧结。烧结温度1700～1800℃，时间1小时，得到致密金属陶瓷。密度4.3克/cm3，硬度Hv18.6GPa，抗弯强度605MPa，断裂韧性KIC 4.5MPa·m1／2。
权利要求
1.一种金属陶瓷制造技术，其特征在于采用自蔓燃高温合成法(SHS)，利用化学反应自身放热来合成Al2O3和TiC，同时加入金属添加剂一种或二种铁族元素(Fe、Co、Ni)和一种或二种第ⅥB族金属(Cr、Mo、W)，形成金属陶瓷。
2.根据权利要求1所述的金属陶瓷制造技术，其特征在于陶瓷相总量为80～95wt%，其中TiC量为20～60wt%，MgO或NiO或TiO2量为0.1～1%，其余为Al2O3;金属陶瓷的成型方法可以在下述方法中选择一种SHS合成的同时热压;SHS合成-粉碎(混合)-热压;SHS合成-粉碎(混合)-压制-烧结。
3.按照权利要求1所述金属陶瓷制造技术，其特征在于，金属添加剂总量为5～20wt%，其中铁族金属为1～15wt%，第ⅥB族金属元素量为1～10wt%。
全文摘要
本发明涉及一种金属陶瓷制造技术，特征在于采用自蔓燃高温合成法(SHS)，利用化学反应自身放热来合成Al
文档编号C22C1/05GK1088993SQ9211487
公开日1994年7月6日 申请日期1992年12月31日 优先权日1992年12月31日
发明者殷声, 郭志猛, 唐清, 果世驹, 钟吉华, 赖和怡 申请人:北京科技大学