一种金属陶瓷材料及制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种金属陶瓷材料及制备方法，其主要由以下组分材料组成：碳化钨：8?20份，碳化锆：1?3份，氮化钛：8?20份，碳化钛：20?60份，碳化钼：8?20份，氧化铝：1?2份，氮化硅：3?5份，氮化硼：0.1?0.5份，碳：1?2份，镍：5?15份，钴：3?8份，铬：4?8份，氧化镧：0.5?2份，氧化钕：0.1?1份，氧化铈：0.1?1份，氧化镨：0.1?1份，通过粉体制备、坯料制备、预成型、真空烧结、后处理等，合理控制工艺参数，最终得到刀具材料，本发明操作简便，产品具有化学稳定性、韧性好、且能抗长时间高温高压变形度小等优点。
【专利说明】
一种金属陶瓷材料及制备方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及陶瓷材料领域，具体涉及一种金属陶瓷材料及制备方法。
【背景技术】
[0002]目前主要刀具材料是高速钢和硬质合金，传统熔融高速钢刀具高温硬度也较好，但是其抗弯强度、韧性较低，传统的硬质合金刀具价格较高，其对主要成分钨资源需求量较大，发展存在一定的局限性，金属陶瓷的性能介于陶瓷和碳化钨系列硬质合金之间，硬度比硬质合金刀具高，抗氧化性能好，并且断裂韧性和抗弯强度比非金属陶瓷刀具高，它既保持了陶瓷的高强度、高硬度等特性，又具有较好的金属韧性和可塑性等，但陶瓷刀具的抗弯强度、热导率、韧性等很低，在温差大或有较大冲击载荷时，刀具容易失效。
[0003]Ti(C，N)基金属陶瓷是一种新型金属陶瓷材料，具有密度低、能切削难熔金属等优点，近几年得到了很大的发展，Ti(C，N)基金属陶瓷用做刀具材料适合于铸铁、普通钢、高硬度钢的高速切削和干式切削，使用性能优于硬质合金和涂层硬质合金刀具，但随着切割效率、切割精度、切割时间的要求不断提高，现有的产品已经不能满足硬度、耐磨性、红硬性，特别是陶瓷刀具对抗弯强度、热导率、韧性等多种性能的要求。
[0004]雾化法是一种典型的物理制粉的方法，通过高压雾化介质，通过气体或水强烈冲击液流，或通过离心使之破碎、冷却凝固来实现粉末制备。
[0005]粉末真空烧结是在低于大气压力条件下进行的粉末烧结，真空烧结的主要优点是:减少了气氛中有害成分(水、氧、氮)对产品的不良影响，改善液相对固相的润湿性，有利于收缩和改善合金的组织，有助于硅、铝、镁、钙等杂质或其氧化物的排除，起到净化材料的作用，促进烧结后期的收缩有明显作用。
【发明内容】
[0006]本发明提供了一种金属陶瓷材料及制备方法，金属陶瓷材料主要成分由以下材料组成:碳化钨:8-20份，碳化锆:1-3份，氮化钛:8-20份，碳化钛:20-60份，碳化钼:8_20份，氧化铝:1-2份，氮化硅:3-5份，氮化硼:0.1-0.5份，碳:1-2份，镍:5-15份，钴:3_8份，铬:4_8份，氧化镧:0.5-2份，氧化钦:0.1-1份，氧化铺:0.1-1份，氧化镨:0.1-1份。
[0007]—种金属陶瓷材料及制备方法的主要制备步骤为粉体制备、坯料制备、预成型、真空烧结、后处理等，具体步骤如下:
(1)根据组分要求，按照比例利用高精度天平称取上述组分，在烘箱中进行烘干处理，所述上述组分粒度为3-5微米，纯度为99%以上；
(2)采用雾化法进行混合粉体制备，在真空熔炼炉中将干燥的各组分元素熔化后经过雾化成型成混合体粉末，并进行分级和干燥处理，所述分级采用标准筛网进行筛分；
(3)在组分粉末中加入一定量的塑化剂，制成粒度较粗且具有一定假颗粒度级配，流动性好的团粒，所述团粒粒径约150-750微米；
(4)将团粒置入真空烧结系统，通入惰性气体进行初步模压成型，然后在300-600摄氏度条件下进行处理；
(5)最后将初步模压成型的产品进行烧结处理，烧结的温度为1350-1550摄氏度，烧结保温时间为1-5小时。
[0008]本发明的有益之处在于:
(1)、采用雾化法物理制粉，通过高压雾化介质，通过气体强烈冲击液流冷却凝固来实现粉末制备，具有含杂率低，为后续产品质量提供有力保障；
(2)、制品表面光洁度好、尺寸精密，可制取多种复合材料且组织均匀无沙眼、缩孔等，工艺能耗消耗小，较为经济；
(3)、在烧结初期通入惰性气体，保证真空烧结过程的加热速度和炉温的均匀性，冷却时采用循环气体冷却方法来提高真空烧结的冷却速度，避免组分元素与氢、氧、氮等气体发生反应；
(4)、合理配置组分元素，适当增加稀土氧化物元素，改善金属陶瓷基产品性能，提升化学稳定性抗弯强度、热导率和韧性。
【具体实施方式】
[0009]实施例1
本发明提供了一种金属陶瓷材料及制备方法，金属陶瓷材料主要成分由以下材料组成:碳化钨:8份，碳化锆:I份，氮化钛:8份，碳化钛:56.8份，碳化钼:8份，氧化铝:I份，氮化硅:3份，氮化硼:0.1份，碳:1.2份，镍:5份，钴:3份，络:4份，氧化镧:0.5份，氧化钕:0.2份，氧化铺:0.1份，氧化镨:0.1份。
[0010]—种金属陶瓷材料及制备方法的主要制备步骤为粉体制备、坯料制备、预成型、真空烧结、后处理等，具体步骤如下:
(1)根据组分要求，按照比例利用高精度天平称取上述组分，在烘箱中进行烘干处理，所述上述组分粒度为3微米，纯度为99%以上；
(2)采用雾化法进行混合粉体制备，在真空熔炼炉中将干燥的各组分元素熔化后经过雾化成型成混合体粉末，并进行分级和干燥处理，所述分级采用标准筛网进行筛分；
(3)在组分粉末中加入一定量的塑化剂，制成粒度较粗且具有一定假颗粒度级配，流动性好的团粒，所述团粒粒径为150微米；
(4)将团粒置入真空烧结系统，通入惰性气体进行初步模压成型，然后在300摄氏度条件下进行处理；
(5)最后将初步模压成型的产品进行烧结处理，烧结的温度为1350摄氏度，烧结保温时间为3小时。
[0011]实施例2
本发明提供了一种金属陶瓷材料及制备方法，金属陶瓷材料主要成分由以下材料组成:碳化钨:10份，碳化锆:2份，氮化钛:10份，碳化钛:36.7份，碳化钼:10份，氧化铝:1.5份，氮化硅:4份，氮化硼:0.3份，碳:1.5份，镍:10份，钴:5份，铬:6份，氧化镧:1份，氧化钕:1份，氧化铺:0.5份，氧化镨:0.5份。
[0012]—种金属陶瓷材料及制备方法的主要制备步骤为粉体制备、坯料制备、预成型、真空烧结、后处理等，具体步骤如下: (1)根据组分要求，按照比例利用高精度天平称取上述组分，在烘箱中进行烘干处理，所述上述组分粒度为4微米，纯度为99%以上；
(2)采用雾化法进行混合粉体制备，在真空熔炼炉中将干燥的各组分元素熔化后经过雾化成型成混合体粉末，并进行分级和干燥处理，所述分级采用标准筛网进行筛分；
(3)在组分粉末中加入一定量的塑化剂，制成粒度较粗且具有一定假颗粒度级配，流动性好的团粒，所述团粒粒径为500微米；
(4)将团粒置入真空烧结系统，通入惰性气体进行初步模压成型，然后在500摄氏度条件下进行处理；
(5)最后将初步模压成型的产品进行烧结处理，烧结的温度为1450摄氏度，烧结保温时间为5小时。
[0013]实施例3
本发明提供了一种金属陶瓷材料及制备方法，金属陶瓷材料主要成分由以下材料组成:碳化钨:8份，碳化锆:I份，氮化钛:8份，碳化钛:49.3份，碳化钼:8份，氧化铝:I份，氮化硅:5份，氮化硼:0.5份，碳:2份，镍:6份，钴:4份，铬:5份，氧化镧:1份，氧化钕:0.6份，氧化铈:0.3份，氧化镨:0.3份。
[0014]—种金属陶瓷材料及制备方法的主要制备步骤为粉体制备、坯料制备、预成型、真空烧结、后处理等，具体步骤如下:
(1)根据组分要求，按照比例利用高精度天平称取上述组分，在烘箱中进行烘干处理，所述上述组分粒度为5微米，纯度为99%以上；
(2)采用雾化法进行混合粉体制备，在真空熔炼炉中将干燥的各组分元素熔化后经过雾化成型成混合体粉末，并进行分级和干燥处理，所述分级采用标准筛网进行筛分；
(3)在组分粉末中加入一定量的塑化剂，制成粒度较粗且具有一定假颗粒度级配，流动性好的团粒，所述团粒粒径为700微米；
(4)将团粒置入真空烧结系统，通入惰性气体进行初步模压成型，然后在600摄氏度条件下进行处理；
(5)最后将初步模压成型的产品进行烧结处理，烧结的温度为1530摄氏度，烧结保温时间为5小时。
【主权项】
1.一种金属陶瓷材料及制备方法，其特征在于，主要成分由以下材料组成:碳化钨:8-20份，碳化错:1-3份，氮化钦:8-20份，碳化钦:20-60份，碳化钼:8_20份，氧化招:1-2份，氮化娃:3_5份，氣化棚:0.1-0.5份，碳:1-2份，银:5_15份，钻:3_8份，络:4_8份，氧化铜:0.5_2份，氧化钕:0.1-1份，氧化铈:0.1-1份，氧化镨:0.1-1份。2.根据权利要求1所述，一种金属陶瓷材料及制备方法，其特征在于，主要制备步骤为粉体制备、坯料制备、预成型、真空烧结、后处理等，具体步骤如下: (1)根据组分要求，按照比例利用高精度天平称取上述组分，在烘箱中进行烘干处理，所述上述组分粒度为3-5微米，纯度为99%以上； (2)采用雾化法进行混合粉体制备，在真空熔炼炉中将干燥的各组分元素熔化后经过雾化成型成混合体粉末，并进行分级和干燥处理，所述分级采用标准筛网进行筛分； (3)在组分粉末中加入一定量的塑化剂，制成粒度较粗且具有一定假颗粒度级配，流动性好的团粒，所述团粒粒径约150-750微米； (4)将团粒置入真空烧结系统，通入惰性气体进行初步模压成型，然后在300-600摄氏度条件下进行处理； (5)最后将初步模压成型的产品进行烧结处理，烧结的温度为1350-1550摄氏度，烧结保温时间为1-5小时。
【文档编号】C22C1/05GK105986161SQ201610385206
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年6月3日
【发明人】程叙毅
【申请人】芜湖三刀材料科技有限公司