一种高强度低温烧结陶瓷材料及其制备方法与流程

本发明涉及陶瓷材料技术领域，具体涉及一种高强度低温烧结陶瓷材料及其制备方法。

背景技术：

陶瓷材料是指用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料。它具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等优点。可用作结构材料、刀具材料，由于陶瓷还具有某些特殊的性能，又可作为功能材料。

但是常规的金属陶瓷材料的硬度和抗弯强度都较低，并不能有效的提高金属陶瓷材料的特性，金属陶瓷材料相比于单独的陶瓷材料和单独的金属材料具有非常多的优势，在专利授权公告号为cn101871070的发明公开了一种金属陶瓷复合材料，复合材料包括钛铁矿粉、铝粉、石墨，其具有较高的硬度和抗弯强度，并且现有的研磨机在研磨的过程中，研磨效率低，不便于操作，浪费人力和时间。因此设计一种高强度低温烧结陶瓷材料及其制备方法。

技术实现要素：

为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种高强度低温烧结陶瓷材料及其制备方法，本发明以碳化硅和碳化钨为主体材料，碳化硅和碳化钨本身即具有高硬度和高强度的特点，再在此基础上，加入多种金属氧化物，调节陶瓷材料的韧性和高温稳定性，因此，本发明制备的陶瓷材料具有高强度和高韧性的特点，同时性质更加稳定，具有耐高温和耐磨等性能；

首先将混合均匀后的陶瓷原料加入到放料槽中，将机架放置在第一固定板和第二固定板之间，然后调节机架的位置，当顶盖位于外壳体正上方时，将第一固定板固定，锥套上螺纹连接有第二固定板，旋转第二固定板，在锥套上移动，从而挤压机架，将机架固定，然后锁紧锁紧螺母，挤压锥套，通过锥套挤压胀紧套胀压机架，进一步固定机架；便于调节机架的高度，操作简单，方便使用；然后旋转手柄，带动螺纹杆转动，螺纹杆与螺纹套筒螺纹连接，螺纹杆下降，带动顶盖盖在放料槽上的同时，卡板和插杆分别插入卡槽和插孔中；将顶盖盖在放料槽，避免研磨的过程中，部分物料飞溅出来，造成浪费，同时利于通过连接件带动上磨盘转动，研磨过后，便于将顶盖移开，利于取出研磨后的物料，操作简单；驱动驱动电机，通过第二齿轮与第一齿轮啮合连接，带动转轴转动，转轴上固定有第三齿轮，通过第三齿轮带动三个星形齿轮转动，三个星形齿轮带动内齿轮转动，内齿轮带动放料槽转动，而卡板和插杆分别插入卡槽和插孔中，转轴可带动上磨盘和下磨盘转动，并且上磨盘的底部中心处固定安装有偏心轮，上磨盘可做偏心运动，使得上下研磨盘的研磨效果更好，并且通过一个驱动电机就可带动上磨盘、下磨盘和放料槽同时转动的设置，使得研磨效果好，原料分散更加均匀，更加节能环保。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种高强度低温烧结陶瓷材料，由下述重量份原料制备得到，三氧化二铝4-9份、氧化锌5-8份、硅藻土3-8份、二氧化锆4-10份、四氧化三铁3-8份、烧结助剂6-10份、硅化钴4-7份、硅化镍4-8份、硼化铬5-10份、碳化钨15-25份和碳化硅18-32份；

其中，该陶瓷材料通过下述步骤制备得到：

步骤一、按照上述重量份分别称取各种原料，并将上述成分先进行预混合，混合后投入高速混合机中，高速混合机转速为200r/min，混合时间为15min-35min；

步骤二、将混合均匀后的陶瓷原料加入到研磨机的放料槽中，通过上磨盘和下磨盘配合进行研磨，研磨机转速为150-180r/min，研磨时间为1.5-4.5h；得到陶瓷粉末；

步骤三、研磨后将陶瓷粉末投入热压炉中，向热压炉内冲入氮气，对热压炉进行升温，升温速率为25℃/min，升温至550℃时保温30-50min，再按照40℃/min的升温速率升至温度为820-860℃，再保温20min-40min，再按照30℃/min的升温速率升至温度为1220-1360℃，烧结时间为2-3h，降低至室温，降温速率为25℃/min，冷却后为高强度陶瓷材料。

作为本发明进一步的方案：由下述重量份原料制备得到，三氧化二铝4份、氧化锌5份、硅藻土3份、二氧化锆4份、四氧化三铁3份、氧化镁4份、二氧化钛2份、硅化钴4份、硅化镍4份、硼化铬5份、碳化钨15份和碳化硅18份。

作为本发明进一步的方案：所述烧结助剂为氧化镁和二氧化钛。

作为本发明进一步的方案：氧化镁和二氧化钛的质量之比为1-2:1。

作为本发明进一步的方案：该研磨机的工作步骤为：

s1、将混合均匀后的陶瓷原料加入到放料槽中，将机架放置在第一固定板和第二固定板之间，然后调节机架的位置，当顶盖位于外壳体正上方时，将第一固定板固定，旋转第二固定板，在锥套上移动，从而挤压机架，将机架固定，然后锁紧锁紧螺母，挤压锥套，通过锥套挤压胀紧套胀压机架，进一步固定机架；

s2、然后旋转手柄，带动螺纹杆转动，螺纹杆下降，带动顶盖盖在放料槽上的同时，使得卡板插入卡槽，插杆插入插孔中；

s3、驱动驱动电机，通过第二齿轮和第一齿轮带动转轴转动，转轴通过第三齿轮带动三个星形齿轮转动，三个星形齿轮带动内齿轮转动，内齿轮带动放料槽转动，转轴带动下磨盘转动的同时，可通过卡板和卡槽可带动上磨盘做偏心转动，进行研磨。

作为本发明进一步的方案：所述研磨机包括框架、锁紧机构和调节机构，所述框架为中空结构，框架的内部固定安装有支撑板，所述支撑板的顶部一端固定安装有锁紧机构，所述锁紧机构包括固定座、轴套、第一固定板、胀紧套、机架、锥套、锁紧螺母和第二固定板，所述固定座固定安装在支撑板上，所述固定座的内部固定安装有轴套，所述轴套上固定安装有第一固定板，所述第一固定板远离固定座的一端套接有胀紧套，所述胀紧套远离第一固定板的一端套接有锥套，所述锥套上螺纹连接有第二固定板，所述第一固定板与第二固定板之间设置有机架，所述锥套远离胀紧套的一端设置有锁紧螺母；

所述机架的一端设置有调节机构，所述调节机构包括手柄、螺纹套筒、螺纹杆、顶盖、密封圈、上磨盘、偏心轮和连接件，所述螺纹套筒与机架固定连接，螺纹杆的顶部固定连接有手柄，螺纹杆贯穿螺纹套筒，且与螺纹套筒螺纹连接，所述螺纹杆的底部固定连接有顶盖，所述顶盖的底部设置有密封圈，所述顶盖的底部中心处活动连接有上磨盘，所述上磨盘的底部中心处固定安装有偏心轮，所述偏心轮的底部固定连接有连接件，所述连接件包括插杆和卡板，所述卡板的底部固定安装有插杆；

所述支撑板的底部一端固定安装有驱动电机，所述支撑板的顶部另一端固定安装有外壳体，所述外壳体位于驱动电机的正上方，驱动电机的输出轴与外壳体内部设置的第二齿轮固定连接，所述第二齿轮与第一齿轮啮合连接，所述第一齿轮的顶部固定连接有转轴，所述转轴贯穿第三齿轮、放料槽和下磨盘与连接件连接，所述第三齿轮固定在转轴上，所述放料槽设置在外壳体的顶部中心处，所述放料槽的底部固定连接有内齿轮，所述放料槽的底部通过活动轴均匀安装有三个星形齿轮，所述放料槽的顶部设置有下磨盘，下磨盘固定安装在转轴上。

作为本发明进一步的方案：三个所述星形齿轮呈等边三角形设置在内齿轮和第三齿轮之间，且与内齿轮和第三齿轮均啮合连接。

作为本发明进一步的方案：所述转轴的顶部中心处开设有插孔，所述转轴的顶部两端开设有卡槽，所述插孔与插杆配合使用，卡槽与卡板配合使用。

本发明的有益效果：

1、本发明以碳化硅和碳化钨为主体材料，碳化硅和碳化钨本身即具有高硬度和高强度的特点，再在此基础上，加入多种金属氧化物，调节陶瓷材料的韧性和高温稳定性，因此，本发明制备的陶瓷材料具有高强度和高韧性的特点，同时性质更加稳定，具有耐高温和耐磨等性能；

2、首先将混合均匀后的陶瓷原料加入到放料槽中，将机架放置在第一固定板和第二固定板之间，然后调节机架的位置，当顶盖位于外壳体正上方时，将第一固定板固定，锥套上螺纹连接有第二固定板，旋转第二固定板，在锥套上移动，从而挤压机架，将机架固定，然后锁紧锁紧螺母，挤压锥套，通过锥套挤压胀紧套胀压机架，进一步固定机架；便于调节机架的高度，操作简单，方便使用；然后旋转手柄，带动螺纹杆转动，螺纹杆与螺纹套筒螺纹连接，螺纹杆下降，带动顶盖盖在放料槽上的同时，卡板和插杆分别插入卡槽和插孔中；将顶盖盖在放料槽，避免研磨的过程中，部分物料飞溅出来，造成浪费，同时利于通过连接件带动上磨盘转动，研磨过后，便于将顶盖移开，利于取出研磨后的物料，操作简单；驱动驱动电机，通过第二齿轮与第一齿轮啮合连接，带动转轴转动，转轴上固定有第三齿轮，通过第三齿轮带动三个星形齿轮转动，三个星形齿轮带动内齿轮转动，内齿轮带动放料槽转动，而卡板和插杆分别插入卡槽和插孔中，转轴可带动上磨盘和下磨盘转动，并且上磨盘的底部中心处固定安装有偏心轮，上磨盘可做偏心运动，使得上下研磨盘的研磨效果更好，并且通过一个驱动电机就可带动上磨盘、下磨盘和放料槽同时转动的设置，使得研磨效果好，原料分散更加均匀，更加节能环保。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明研磨机整体结构示意图；

图2是本发明中调节机构整体结构示意图；

图3是本发明中外壳体内部结构示意图；

图4是本发明中转轴整体结构示意图；

图5是本发明中齿轮组仰视结构示意图；

图6是本发明中锁紧机构整体结构示意图；

图7是本发明中连接件整体结构示意图。

图中：1、框架；2、锁紧机构；21、固定座；22、轴套；23、第一固定板；24、胀紧套；25、机架；26、锥套；27、锁紧螺母；28、第二固定板；3、调节机构；31、手柄；32、螺纹套筒；33、螺纹杆；34、顶盖；35、密封圈；36、上磨盘；37、偏心轮；38、连接件；381、插杆；382、卡板；4、驱动电机；5、外壳体；6、支撑板；7、放料槽；8、下磨盘；9、内齿轮；10、转轴；101、插孔；102、卡槽；11、第一齿轮；12、第二齿轮；13、第三齿轮；14、星形齿轮。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-7所示，本发明提供一种高强度低温烧结陶瓷材料及其制备方法：

实施例1：

步骤一、按重量份分别称取三氧化二铝4kg、氧化锌5kg、硅藻土3kg、二氧化锆4kg、四氧化三铁3kg、氧化镁4kg、二氧化钛2kg、硅化钴4kg、硅化镍4kg、硼化铬5kg、碳化钨15kg和碳化硅18kg，并将上述成分先进行预混合，混合后投入高速混合机中，高速混合机转速为200r/min，混合时间为15min；

步骤二、将上述混合均匀后的陶瓷原料加入到放料槽7中，将机架25放置在第一固定板23和第二固定板28之间，然后调节机架25的位置，当顶盖34位于外壳体5正上方时，将第一固定板23固定，旋转第二固定板28，在锥套26上移动，从而挤压机架25，将机架25固定，然后锁紧锁紧螺母27，挤压锥套26，通过锥套26挤压胀紧套24胀压机架25，进一步固定机架25；然后旋转手柄31，带动螺纹杆33转动，螺纹杆33下降，带动顶盖34盖在放料槽7上的同时，卡板382和插杆381分别插入卡槽102和插孔101中；驱动驱动电机4，通过第二齿轮12和第一齿轮11带动转轴10转动，转轴10通过第三齿轮13带动三个星形齿轮14转动，三个星形齿轮14带动内齿轮9转动，内齿轮9带动放料槽7转动，转轴10带动下磨盘8转动煮转动的同时，通过卡板382和插杆381可带动上磨盘36转动，进行研磨，研磨机转速为150r/min，研磨时间为1.5h；得到陶瓷粉末；

步骤三、研磨后将陶瓷粉末投入热压炉中，向热压炉内冲入氮气，对热压炉进行升温，升温速率为25℃/min，升温至550℃时保温30min，再按照40℃/min的升温速率升至温度为820℃，再保温20min，再按照30℃/min的升温速率升至温度为1220℃，烧结时间为2h，降低至室温，降温速率为25℃/min，冷却后为高强度陶瓷材料。

本实施例所制备的陶瓷材料的维氏硬度为2016gpa，抗弯强度为395mpa，断裂韧性为14.2mpa.m^1/2。

实施例2：

步骤一、按重量份分别称取三氧化二铝9kg、氧化锌8kg、硅藻土8kg、二氧化锆10kg、四氧化三铁8kg、氧化镁4kg、二氧化钛2kg、硅化钴7kg、硅化镍8kg、硼化铬10kg、碳化钨25kg和碳化硅32kg，并将上述成分先进行预混合，混合后投入高速混合机中，高速混合机转速为200r/min，混合时间为35min；

步骤二、将混合均匀后的将陶瓷原料加入到放料槽7中，通过上磨盘36和下磨盘8配合进行研磨，研磨机转速为180r/min，研磨时间为4.5h；

步骤三、研磨后将陶瓷粉末投入热压炉中，向热压炉内冲入氮气，对热压炉进行升温，升温速率为25℃/min，升温至550℃时保温50min，再按照40℃/min的升温速率升至温度为860℃，再保温40min，再按照30℃/min的升温速率升至温度为1360℃，烧结时间为3h，降低至室温，降温速率为25℃/min，冷却后为高强度陶瓷材料。

本实施例所制备的陶瓷材料的维氏硬度为2008gpa，抗弯强度为387mpa,断裂韧性为13.6mpa.m^1/2。

实施例3：

步骤一、按重量份分别称取三氧化二铝5kg、氧化锌7kg、硅藻土6kg、二氧化锆8kg、四氧化三铁5kg、氧化镁4kg、二氧化钛2kg、硅化钴5kg、硅化镍6kg、硼化铬7kg、碳化钨22kg和碳化硅25kg，并将上述成分先进行预混合，混合后投入高速混合机中，高速混合机转速为200r/min，混合时间为20min；

步骤二、将混合均匀后的将陶瓷原料加入到放料槽7中，通过上磨盘36和下磨盘8配合进行研磨，研磨机转速为160r/min，研磨时间为3h；

步骤三、研磨后将陶瓷粉末投入热压炉中，向热压炉内冲入氮气，对热压炉进行升温，升温速率为25℃/min，升温至550℃时保温40min，再按照40℃/min的升温速率升至温度为850℃，再保温30min，再按照30℃/min的升温速率升至温度为1300℃，烧结时间为2.5h，降低至室温，降温速率为25℃/min，冷却后为高强度陶瓷材料。

本实施例所制备的陶瓷材料的维氏硬度为2018gpa，抗弯强度为400mpa,断裂韧性为13.9mpa.m^1/2。

实施例4：

步骤一、按重量份分别称取三氧化二铝9kg、氧化锌5kg、硅藻土8kg、二氧化锆4kg、四氧化三铁8kg、氧化镁4kg、二氧化钛2kg、硅化钴7kg、硅化镍4kg、硼化铬10kg、碳化钨15kg和碳化硅32kg，并将上述成分先进行预混合，混合后投入高速混合机中，高速混合机转速为200r/min，混合时间为15min；

步骤二、将混合均匀后的将陶瓷原料加入到放料槽7中，通过上磨盘36和下磨盘8配合进行研磨，研磨机转速为180r/min，研磨时间为1.5h；

步骤三、研磨后将陶瓷粉末投入热压炉中，向热压炉内冲入氮气，对热压炉进行升温，升温速率为25℃/min，升温至550℃时保温50min，再按照40℃/min的升温速率升至温度为820℃，再保温40min，再按照30℃/min的升温速率升至温度为1220℃，烧结时间为3h，降低至室温，降温速率为25℃/min，冷却后为高强度陶瓷材料。

本实施例所制备的陶瓷材料的维氏硬度为2001gpa，抗弯强度为385mpa，断裂韧性为12.5mpa.m^1/2。

实施例5：

步骤一、按重量份分别称取三氧化二铝8kg、氧化锌6kg、硅藻土5kg、二氧化锆9kg、四氧化三铁7kg、烧结助剂8kg、硅化钴6kg、硅化镍6kg、硼化铬8kg、碳化钨20kg、碳化硅30kg，并将上述成分先进行预混合，混合后投入高速混合机中，高速混合机转速为200r/min，混合时间为15min；

步骤二、将混合均匀后的将陶瓷原料加入到放料槽7中，通过上磨盘36和下磨盘8配合进行研磨，研磨机转速为180r/min，研磨时间为1.5h；

步骤三、研磨后将陶瓷粉末投入热压炉中，向热压炉内冲入氮气，对热压炉进行升温，升温速率为25℃/min，升温至550℃时保温50min，再按照40℃/min的升温速率升至温度为820℃，再保温40min，再按照30℃/min的升温速率升至温度为1220℃，烧结时间为3h，降低至室温，降温速率为25℃/min，冷却后为高强度陶瓷材料。

本实施例所制备的陶瓷材料的维氏硬度为2018gpa，抗弯强度为391mpa，断裂韧性为13.5mpa.m^1/2。

请参阅图1-7所示，所述研磨机包括框架1、锁紧机构2和调节机构3，所述框架1为中空结构，框架1的内部固定安装有支撑板6，所述支撑板6的顶部一端固定安装有锁紧机构2，所述锁紧机构2包括固定座21、轴套22、第一固定板23、胀紧套24、机架25、锥套26、锁紧螺母27和第二固定板28，所述固定座21固定安装在支撑板6上，所述固定座21的内部固定安装有轴套22，所述轴套22上固定安装有第一固定板23，所述第一固定板23远离固定座21的一端套接有胀紧套24，所述胀紧套24远离第一固定板23的一端套接有锥套26，所述锥套26上螺纹连接有第二固定板28，所述第一固定板23与第二固定板28之间设置有机架25，所述锥套26远离胀紧套24的一端设置有锁紧螺母27；

所述机架25的一端设置有调节机构3，所述调节机构3包括手柄31、螺纹套筒32、螺纹杆33、顶盖34、密封圈35、上磨盘36、偏心轮37和连接件38，所述螺纹套筒32与机架25固定连接，螺纹杆33的顶部固定连接有手柄31，螺纹杆33贯穿螺纹套筒32，且与螺纹套筒32螺纹连接，所述螺纹杆33的底部固定连接有顶盖34，所述顶盖34的底部设置有密封圈35，所述顶盖34的底部中心处活动连接有上磨盘36，所述上磨盘36的底部中心处固定安装有偏心轮37，所述偏心轮37的底部固定连接有连接件38，所述连接件38包括插杆381和卡板382，所述卡板382的底部固定安装有插杆381；

所述支撑板6的底部一端固定安装有驱动电机4，所述支撑板6的顶部另一端固定安装有外壳体5，所述外壳体5位于驱动电机4的正上方，驱动电机4的输出轴与外壳体5内部设置的第二齿轮12固定连接，所述第二齿轮12与第一齿轮11啮合连接，所述第一齿轮11的顶部固定连接有转轴10，所述转轴10贯穿第三齿轮13、放料槽7和下磨盘8与连接件38连接，所述第三齿轮13固定在转轴10上，所述放料槽7设置在外壳体5的顶部中心处，所述放料槽7的底部固定连接有内齿轮9，所述放料槽7的底部通过活动轴均匀安装有三个星形齿轮14，所述放料槽7的顶部设置有下磨盘8，下磨盘8固定安装在转轴10上。

三个所述星形齿轮14呈等边三角形设置在内齿轮9和第三齿轮13之间，且与内齿轮9和第三齿轮13均啮合连接，便于保持平衡，通过第三齿轮13带动星形齿轮14转动，从而带动内齿轮9转动，最终带动放料槽7转动，提高研磨效率。

所述转轴10的顶部中心处开设有插孔101，所述转轴10的顶部两端开设有卡槽102，所述插孔101与插杆381配合使用，卡槽102与卡板382配合使用，将卡板382和插杆381分别插入卡槽102和插孔101中，通过转轴10带动上磨盘36转动，通过一个驱动电机4就可带动上磨盘36、下磨盘8和放料槽7同时转动的设置，使得研磨效果好，原料分散更加均匀，更加节能环保。

本发明的工作原理：首先将混合均匀后的陶瓷原料加入到放料槽7中，将机架25放置在第一固定板23和第二固定板28之间，然后调节机架25的位置，当顶盖34位于外壳体5正上方时，将第一固定板23固定，锥套26上螺纹连接有第二固定板28，旋转第二固定板28，在锥套26上移动，从而挤压机架25，将机架25固定，然后锁紧锁紧螺母27，挤压锥套26，通过锥套26挤压胀紧套24胀压机架25，进一步固定机架25；便于调节机架25的高度，操作简单，方便使用；然后旋转手柄31，带动螺纹杆33转动，螺纹杆33与螺纹套筒32螺纹连接，螺纹杆33下降，带动顶盖34盖在放料槽7上的同时，卡板382和插杆381分别插入卡槽102和插孔101中；将顶盖34盖在放料槽7，避免研磨的过程中，部分物料飞溅出来，造成浪费，同时利于通过连接件38带动上磨盘36转动，研磨过后，便于将顶盖34移开，利于取出研磨后的物料，操作简单；驱动驱动电机4，通过第二齿轮12与第一齿轮11啮合连接，带动转轴10转动，转轴10上固定有第三齿轮13，通过第三齿轮13带动三个星形齿轮14转动，三个星形齿轮14带动内齿轮9转动，内齿轮9带动放料槽7转动，而卡板382和插杆381分别插入卡槽102和插孔101中，转轴10可带动上磨盘36和下磨盘8转动，并且上磨盘36的底部中心处固定安装有偏心轮37，上磨盘36可做偏心运动，使得上下研磨盘的研磨效果更好，并且通过一个驱动电机4就可带动上磨盘36、下磨盘8和放料槽7同时转动的设置，使得研磨效果好，原料分散更加均匀，更加节能环保。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。