专利名称：多功能陶瓷复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于无机非金属材料领域，涉及一种既耐磨有有压敏性的多功能陶瓷复合 材料及其制备方法。
背景技术：
目前无机非金属材料领域中，对陶瓷的多功能性能受到了重视。CN200710016886. 9号申请涉及一种SiC-BN-C复合材料及其制备方法，其以Si3N4、 B4C和C为原料，各成分的重量百分含量分别为6. 4% 63. 8%、2. 5% 24. 9%和11. 9% 91. 1%。制备方法为按上述重量百分含量取Si3N4粉、B4C粉和C粉进行球磨湿混；立即 将混好的物料烘干；将烘干的物料破碎后装入石墨模具中并预压；放入热压炉中，在真空 或保护气氛中热压烧结，热压烧结温度为1700°C 2200°C，加压15 30MPa，保温保压 30min 2h。或以含有挥发份的无定形碳为碳源，将混合烘干的物料破碎装入钢模具中并 施加50 300MPa压力保压IOmin 2h ；然后放入热压炉或气氛烧结炉中，在真空或保护气 氛中烧结，温度升高到800°C 1400°C保温30min 2h，烧结温度为1800°C 2200°C，保温 30min 2h。可以看出，制备时的烧结温度均很高，能源消耗大，制备成本高，无压敏性能。CN200910089458. 8号申请涉及一种高性能氧化锌复合陶瓷压敏电阻材料及制备 方法，属于电子陶瓷制备及应用技术领域。该陶瓷以氧化锌为主相，采用氧化镨为非线性 肇始相，并采用少量Co、Cr、Fe或W的氧化物为电位梯度和非线性增强剂，各组分摩尔百分 含量如下ZnO 80 95%，Pr6O11O. 01 15%，CoO 0. 01 10. 0%，Cr2O3O. 01 8. 0%， Fe2O3O. 0 5. 0%，WO3O. 0 3. 0%。所述材料制备方法依次包括“混料一高能球磨一烘干 —混合整粒一过筛一模压成型一烧结一被银”工艺步骤。但该材料不能做结构陶瓷。
发明内容
本发明的目的就是针对上述技术缺陷，提供一种多功能陶瓷复合材料，该陶瓷的 性能优越，强度高。本发明的另一目的是提供上述多功能陶瓷复合材料的制备方法，该制备方法工艺 简单，生产成本低，能耗小(烧结温度低)，适于工业化生产。本发明的目的是通过以下技术方案实现的一种多功能陶瓷复合材料，其各成分的重量百分含量为SiC 25-35 %, TiCN 25-35 %, Si3N45-10 %, V2O5O. 5-1. 5 %, BaOl-2 %, Si024_6 %, Ti022_5 %, ZrO21-3 %, La2O3O. 10-0. 15%，其余为 Al2O3 ；一种多功能陶瓷复合材料制备方法，该方法包括以下步骤先按重量百分比SiC 粉 25-35 %，TiCN 粉 25-35 %，Si3N4 粉 5-10 %，V2O5 粉 0. 5-1. 5%，BaO粉 1-2%，SiO2粉4-6%，TiO2 粉 2-5%，&02粉 1-3%,La2O3粉0. 10-0. 15%, 其余为Al2O3粉进行配料，各粉料的粒度为500-800目；将上述粉料装入球磨机中，然后 注水，注水重量和各粉料总重量比为1 (1-1.3)；球磨湿混12h后取出烘干，烘干温度为160-210°C，然后将烘干的物料在球磨机中粉碎到270-500目装入模具中并施加50MPa 压力，保压5min ；然后放入电炉中烧结，先加热到550-600 °C保温0. 5_lh，然后再升温 1450°C 1550°C，保温2_4h，之后随炉冷却便得到多功能陶瓷复合材料。本发明相比现有技术的有益效果如下本发明的TiCN具有较低的内应力，比较高的韧性，具有良好的润滑性，以及高硬 度、耐磨损等特性，因此形成多功能陶瓷复合材料的核心组元；SiC是压敏材料的核心组元，因为SiC是良好的半导体材料。成份中的Ba离子和 Ti离子可以调节SiC的半导性，因此BaO和TiO2用于强化SiC的压敏性能。此外，SiC的硬度很大，SiC和TiCN组合作用，保证多功能陶瓷复合材料的高硬度。 另外SiC具有优良的导热性能，因此SiC赋予多功能陶瓷复合材料具有好的热震性；Si3N4本身具有很好的耐磨性和热震性，因此Si3N4和SiC联合作用以强化多功能 陶瓷复合材料具有好的热震性；Si3N4, Si02、V2O5和Al2O3形成将SiC、TiCN粘结良好的复合材料基体，ZrO2通过相 变用于增加基体的韧性，Ce02细化复合材料基体晶粒，进一步强化复合材料的韧性。所以，该多功能陶瓷复合材料(已烧结成和模具内腔形状一样的陶瓷产品零件。 性能检测的就是陶瓷产品)不仅有优越普通力学性能如高的强度和韧性，而且具有好的热 震性和耐磨作用，还具有良好的压敏性能。本发明采用电炉加热，加热温度均勻。本发明材料的性能见表1。本发明制备工艺简便，烧结温度低，成本低，能耗低，环境协调性好，并且同时具有 强度和韧性高、热震性好和耐磨性突出等综合性能。
四
图1为本发明实施例一制得的多功能陶瓷复合材料的组织。由图1可以看到在复合材料基体上分布的物相。
五具体实施例方式以下各实施例仅用作对本发明的解释说明，其中的重量百分比均可换成重量g、kg 或其它重量单位。实施例一本发明多功能陶瓷复合材料制备过程各原料按重量百分比=SiC粉 25%，TiCN 粉 25%，Si3N4 粉 5%，V2O5 粉 0. 5%，BaO 粉1 %，SiO2粉4%，TiO2粉2%，ZrO2粉1 %，La2O3粉0. 10%,其余为Al2O3粉进行配料，各 粉料的粒度为500-800目；将上述粉料装入球磨机中，然后注水，注水重量和各粉料总重量 比为1 1 ；球磨湿混12h后取出烘干，烘干温度为160-210°C，然后将烘干的物料在球磨机 中粉碎到270-500目装入模具中并施加50MPa压力，保压5min ；然后放入电炉中烧结，先加 热到550-600°C保温0. 5-lh，然后再升温1450°C 1550°C，保温2_4h，之后随炉冷却便得到 多功能陶瓷复合材料。实施例二
各原料按重量百分比SiC35%, TiCN 35 %, Si3N4IO %, V2O5I- 5 %, BaO 2%, Si026%, Ti025%, Zr023%, La2O3O. 15%，其余为Al2O3进行配料，水重量和各粉料总重量比 为1 1.3，制备过程同实施例一。实施例三各原料按重量百分比:SiC30%, TiCN 30%, Si3N48%, V2O5O. 9 %, BaO 1.5%， Si025%, Ti023%, Zr022%, La2O3O. 12%，其余为Al2O3进行配料，制备过程同实施例一。实施例四(原料成份配比不在本发明范围内的实例)各原料按重量百分比:SiC22%, TiCN 22%, Si3N44%, V2O5O. 4%, BaO 0. 5%, Si022%, TiO2I%, ZrO2O. 5%, La2O3O. 05%，其余为Al2O3进行配料，制备过程同实施例一。实施例五(原料成份配比不在本发明范围内的实例)各原料按重量百分比SiC37%, TiCN 37%, Si3N4Il %, V2O5I- 6%, BaO 3%, Si027%, Ti026%, Zr024%, La2O3O. 16%，其余为Al2O3进行配料，制备过程同实施例一。下表为不同成份与配比的合金性能对照表表 1 复合材料的这些组元超出本申请配比范围，材料的性能会降低。如SiC和TiCN组 分不够，难以保证多功能陶瓷复合材料的高硬度和好的热震性。同时也削弱材料的压敏性 能。SiC和TiCN组分过多，Si3N4, SiO2, V2O5和Al2O3数量减少，不足以形成将SiC、TiCN粘 结良好的复合材料基体，复合材料的强度会降低。&02和&02不够，韧性不足以强化；ZrO2 和Ce02过多，形成不必要的脆性化合物使增韧效果变差，反而增大材料的成本。BaO和TiO2 不够则不足于强化SiC的压敏性能，但过量同样也会形成不必要的脆性化合物使增韧效果 变差。
权利要求
一种多功能陶瓷复合材料，其各成分的重量百分含量为SiC 25 35％，TiCN25 35％，Si3N45 10％，V2O50.5 1.5％，BaO1 2％，SiO24 6％，TiO22 5％，ZrO21 3％，La2O30.10 0.15％，其余为Al2O3。
2.一种多功能陶瓷复合材料制备方法，该方法包括以下步骤先按重量百分比 SiC 粉 25-35%，TiCN粉 25-35%,Si3N4 粉 5-10%,V2O5 粉 0. 5-1. 5%, BaO 粉 1-2%，SiO2 粉 4-6%，TiO2 粉 2-5%，ZrO2 粉 1-3%，La2O3 粉 0. 10-0. 15%，其余为 Al2O3粉进行配料，各粉料的粒度为500-800目；将上述粉料装入球磨机中，然后注水，注水 重量和各粉料总重量比为1 (1-1.3)；球磨湿混12h后取出烘干，烘干温度为160-210°C， 然后将烘干的物料在球磨机中粉碎到270-500目装入模具中并施加50MPa压力，保压5min ； 然后放入电炉中烧结，先加热到550-600°C保温0. 5-lh，然后再升温1450°C 1550°C，保温 2_4h，之后随炉冷却便得到多功能陶瓷复合材料。
全文摘要
本发明提供一种多功能陶瓷复合材料及其制备方法，该陶瓷的性能优越，强度高。该制备方法工艺简单，生产成本低，能耗小，适于工业化生产。其各成分的重量百分含量为SiC 25-35％，TiCN 25-35％，Si3N4 5-10％，V2O5 0.5-1.5％，BaO 1-2％，SiO2 4-6％，TiO2 2-5％，ZrO2 1-3％，La2O3 0.10-0.15％，其余为Al2O3。
文档编号C04B35/622GK101891479SQ20101022857
公开日2010年11月24日 申请日期2010年7月15日 优先权日2010年7月15日
发明者何美琴, 王玲, 赵浩峰 申请人:南京信息工程大学