一种纳米陶瓷材料及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及陶瓷材料【技术领域】，更具体地，涉及一种高强度纳米复合陶瓷材料，其特征在于，按重量百分比包括以下组分：纳米ZrO26~7份、亚微米Al2O335~38份、纳米TiC25~28份、纳米BN2.2~5份以及纳米B4C3~5份，余量为纳米MgO。本发明高强度纳米复合陶瓷材料采用其纳米或亚微米级材料，复合添加纳米碳化钛（TiC）、纳米氮化硼（BN）和纳米碳化硼（B4C）得到高强度纳米复合陶瓷材料，将上述材料与氧化锆和氧化铝复合得到的陶瓷材料，即本发明的这种纳米复合陶瓷材料具有高硬度、高强度、高断裂韧度及耐高温等优良性能，适合陶瓷工艺中要求高性能的产品的制造加工，特别适用于制作加工高强度的刀具。
【专利说明】一种纳米陶瓷材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及陶瓷材料【技术领域】，更具体地，涉及一种纳米陶瓷材料及其制备方法。【背景技术】
[0002]碳氮化钛基金属陶瓷(Ti (C，N))是在二十世纪70年代初发展起来的，以Ti (C，N)为主要硬质相和以镍、钥为粘结相组成的，采用粉末冶金工艺制备而成的新型刀具材料。碳氮化钛基金属陶瓷具有较高的硬度，较好的耐磨性，理想的抗月牙洼磨损能力，优良的抗氧化能力和化学稳定性。
[0003]刀具在切削加工过程中，刀具的前、后刀面不断与切屑和工件接触，并发生剧烈摩擦，接触区处于高温、高压状态。发生在刀具上的摩擦与磨损会造成刀具损坏而失效，使切削无法进行；发生在工件上的剧烈摩擦则会使加工表面质量恶化。
【发明内容】
[0004]本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。
[0005]本发明的首要目的是提供一种纳米陶瓷材料，这种陶瓷材料硬度高、韧性好，并且具有良好的高温稳定性。
[0006]本发明的进一步目的是提供一种高强度纳米复合陶瓷材料的制备方法。
[0007]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:
提供一种纳米陶瓷材料，按重量百分比包括以下组分:纳米ZrO2 6~7份、亚微米Al2O335~38份、纳米TiC 25~28份、纳米BN 2.2飞份以及纳米B4C 3飞份，余量为纳米MgO。
[0008]氧化锆(ZrO2)材料本身具有高硬度、高强度、高韧性、极高的耐磨性及耐化学腐蚀性等优良的物化性能，在陶瓷、耐火材料、机械、电子、光学、光纤通信、钟表饰品、航空航天、生物、化学等各种领域获得广泛的应用；而氧化铝(Al2O3)本身也具备机械强度高、硬度大、高频介电损耗小、高温绝缘电阻高、耐化学腐蚀性和导热性良好等优良综合技术性能。氧化锆和氧化铝均可用在陶瓷领域，但是其简单的复合组成并不能得到性能良好的陶瓷材料。
[0009]本发明氧化锆和氧化铝性能的基础上，采用其纳米或亚微米级材料，复合添加纳米碳化钛(Tie)、纳米氮化硼(BN)和纳米碳化硼(B4C)得到高强度纳米复合陶瓷材料，碳化钛具有高硬度、高熔点和耐磨损的性能，氮化硼耐高温，碳化硼脆性低且耐磨，经试验证明，将上述材料与氧化锆和氧化铝复合得到的陶瓷材料，即本发明的这种纳米复合陶瓷材料具有高硬度、高强度、高断裂韧度及耐高温等优良性能，适合陶瓷工艺中要求高性能的产品的制造加工，特别适用于制作加工高强度的刀具。
[0010]优选地，按重量百分比包括以下组分:纳米ZrO2 6.5份、亚微米Al2O3 30份、纳米TiC 26份、纳米BN 3份以及纳米B4C 4份，余量为纳米MgO。
[0011]本发明还提供一种如上所述高强度纳米复合陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤:
S1.配料:按重量百分比进行配料:纳米ZrO2 2.5飞份、亚微米Al2O3 40~45份、纳米TiC 30~40份、纳米BN 0.5~4份以及纳米B4C I~4份，余量为纳米MgO ;
52.分散纳米颗粒:将称重后的配料配制成悬浮液，然后超声搅拌至均匀；
53.将步骤S2的各颗粒复合，在球磨机上球磨混合均匀，经真空干燥得到原料粉末；
54.将混合好的原料粉末装入石墨模具中，采用热压烧结工艺进行制备，得到纳米复合陶瓷材料。
[0012]优选地，步骤S4中，烧结温度为150(Tl70(TC，保温时间40min。
[0013]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
本发明高强度纳米复合陶瓷材料在氧化锆和氧化铝本身性能的基础上，采用其纳米或亚微米级材料，复合添加纳米碳化钛(Tie)、纳米氮化硼(BN)和纳米碳化硼(B4C)得到高强度纳米复合陶瓷材料，将上述材料与氧化锆和氧化铝复合得到的陶瓷材料，即本发明的这种纳米复合陶瓷材料具有高硬度、高强度、高断裂韧度及耐高温等优良性能，适合陶瓷工艺中要求高性能的产品的制造加工，特别适用于制作加工高强度的刀具。
具体实施方 式
[0014]下面结合【具体实施方式】对本发明作进一步的说明。
[0015]实施例1
6份纳米Zr02、35份亚微米Al203、25份纳米TiC、2.2份纳米BN以及3份纳米B4C，余量为纳米MgO。
[0016]经测试，本实施例制得的高强度纳米复合陶瓷材料的力学性能为:硬度HV17.7~18.3Gpa，抗弯强度为660~720Mpa，断裂韧性为6.8~8.5MPa.m1/2。
[0017]实施例2
7份纳米Zr02、38份亚微米Al203、28份纳米TiC、5份纳米BN以及5份纳米B4C,余量为纳米MgO0
[0018]经测试，本实施例制得的高强度纳米复合陶瓷材料的力学性能为:硬度HV13.4~16.3Gpa，抗弯强度为630~710Mpa，断裂韧性为5.8~7.5MPa.m1/2。
[0019]实施例3
纳米ZrO2 6.5份、亚微米Al2O3 30份、纳米TiC 26份、纳米BN 3份以及纳米B4C 4份，余量为纳米MgO。
[0020]经测试，本实施例制得的高强度纳米复合陶瓷材料的力学性能为:硬度HV15.7~17.3Gpa，抗弯强度为620~700Mpa，断裂韧性为6.5~8.0MPa.m1/2。
[0021]实施例4
上述任一实施例的高强度纳米复合陶瓷材料可以由以下制备方法制得，具体包括以下步骤:
S1.配料。按重量百分比进行配料:纳米ZrO2 6~7份、亚微米Al2O3 35~38份、纳米TiC25~28份、纳米BN 2.2飞份以及纳米B4C 3飞份，余量为纳米MgO。
[0022]S2.分散纳米颗粒。实现该步骤时，可以以聚乙二醇(PEG)为分散剂，质量约为1%，先将称重后的纳米材料缓慢加入无水乙醇中，边加入边搅拌，配制成体积分数为2%的悬浮液，将分散剂加入纳米材料的悬浮液中，超声搅拌30min以上，使悬浮液均匀，得到分散性能良好的悬浮液；53.球磨并干燥混合。将步骤S2的各颗粒复合，在球磨机上球磨约48小时使其混合均匀，经真空干燥、120目筛过筛，得到混合均匀的原料粉末； 54.烧结。将混合好的原料粉末装入石墨模具中，采用热压烧结工艺进行制备，烧结温度为150(Tl700°C，保温时间40min，得到纳米复合陶瓷材料。
[0023]显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种纳米陶瓷材料，其特征在于，按重量百分比包括以下组分:纳米ZrO2 6~7份、亚微米Al2O3 35~38份、纳米TiC 25~28份、纳米BN 2.2飞份以及纳米B4C 3飞份，余量为纳米 MgO0
2.根据权利要求1所述的纳米陶瓷材料，其特征在于，按重量百分比包括以下组分:纳米ZrO2 6.5份、亚微米Al2O3 30份、纳米TiC 26份、纳米BN 3份以及纳米B4C 4份，余量为纳米MgO0
3.—种如权利要求1或2所述纳米陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: S1.配料:按重量百分比进行配料:纳米ZrO26~7份、亚微米Al2O3 35~38份、纳米TiC25~28份、纳米BN 2.2飞份以及纳米B4C 3飞份，余量为纳米MgO ; S2.分散纳米颗粒:将称重后的配料配制成悬浮液，然后超声搅拌至均匀； S3.将步骤S2的各颗粒复合，在球磨机上球磨混合均匀，经真空干燥得到原料粉末； S4.将混合好的原料粉末装入石墨模具中，采用热压烧结工艺进行制备，得到纳米复合陶瓷材料。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤S4中，烧结温度为150(Tl70(TC，保温时间40min。
【文档编号】C04B35/622GK103641455SQ201310672641
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月12日 优先权日:2013年12月12日
【发明者】杨淑华 申请人:杨淑华