本发明涉及陶瓷复合材料,尤其涉及一种高强度的陶瓷基复合材料的制备方法。
背景技术:
1、现在社会的工业化进程离不开力学性能优异,耐恶劣环境的高性能材料,在石头,煤炭等重工业领域更是对材料的强度以及耐磨性提出了更高的性能要求,传统的金属,合金等材料的强度以及抗磨损强度已经远远达不到生产所需,而陶瓷复合材料虽然强度,耐磨性较好,但是由于其脆性过大,在实际使用时,很容易会出现破裂的问题,为此,开发一种新能的陶瓷基复合材料已经迫在眉睫。
2、碳化硅和氮化硅陶瓷颗粒具有硬度高,高温强度高,耐磨性好等优点,能广泛的应用于钢铁,冶炼,煤炭和矿山等对磨损和硬度要求高的机械设备上,但是,在烧结时,陶瓷与陶瓷之间不能很好的分散,结合,导致其性能会受到影响。
3、中国发明专利cn201810643568.3公开了一种耐磨复合材料及其制备方法,该方法将碳化硅陶瓷颗粒,氮化硅陶瓷颗粒,亚微米级氮化铝以及粘结剂作为陶瓷基,将金属基体填充于多孔陶瓷基体孔隙中,从而得到陶瓷基复合材料;本发明的耐磨复合材料将金属的韧性、抗弯型,与陶瓷的高耐磨、高强度和抗氧化性能有机结合,整体的强度、抗冲击韧性和耐磨性均有极大地提高,但是,所用的粘接剂为酚醛树脂,该树脂的固化体积收缩率较大,易造成内部产生缝隙,且交联密度较低,会导致其致密性不高,从而影响其力学性能。
技术实现思路
1、有鉴于此,本发明的目的在于提出一种高强度的陶瓷基复合材料的制备方法,以解决陶瓷复合材料致密性不高的问题。
2、基于上述目的,本发明提供了一种高强度的陶瓷基复合材料的制备方法,具体制备步骤如下:
3、(1)将碳化硅陶瓷颗粒,氮化硅陶瓷颗粒,亚微米级氮化钛,粘接剂和膨胀单体进行混合,随后球磨,得到混合浆料;
4、(2)将混合浆料倒入模具中,得到具有若干通孔的预制件;
5、(3)将预制件放入气氛炉内,在1000-1200℃条件下烧结30-60min,再经淬火,回火步骤后制得多孔陶瓷基体;
6、(4)将多孔陶瓷基体进行抛光,随后放入浇模中,将金属材料熔化后对多孔陶瓷基体浇注,冷却后得到高强度的陶瓷基复合材料;
7、所述粘接剂为环氧树脂,苯并噁嗪树脂和酚醛树脂的混合物。
8、优选地,所述步骤(1)中碳化硅陶瓷颗粒,氮化硅陶瓷颗粒,亚微米级氮化钛,粘接剂和膨胀单体的质量份数比为45-55:55-65:8-12:6-10:0.5-1。
9、优选地,所述粘接剂由环氧树脂,苯并噁嗪树脂和酚醛树脂按照质量比为1-3:1:1混合而成。
10、优选地,所述环氧树脂,苯并噁嗪树脂和酚醛树脂在250-450rpm下,时间为10-15min。
11、优选地,所述步骤(1)中球磨转速为300-400rpm,球磨时间为15-20h。
12、优选地,所述步骤(1)中碳化硅陶瓷颗粒的平均粒径为100-150μm,氮化硅陶瓷颗粒的平均粒径为400-600μm,亚微米级氮化钛的平均粒径为500-700nm。
13、优选地,所述步骤(1)中膨胀单体为3,9-二乙基-3,9丙烯氧甲基-1,5,7,11-四氧杂螺[5,5]十一烷。
14、优选地,所述碳化硅陶瓷颗粒的密度为3.18-3.25g/cm3,氮化硅陶瓷颗粒的密度为3.15-3.2g/cm3。
15、优选地,所述步骤(2)中通孔的直径为0.6-1mm。
16、优选地,所述金属材料为高铬白口抗磨铸铁。
17、本发明的有益效果:
18、(1)本发明的一种高强度的陶瓷基复合材料,由碳化硅陶瓷颗粒,氮化硅陶瓷颗粒,亚微米级氮化钛,粘接剂和膨胀单体混合得到浆料,再将浆料制成具有通孔的模具,经过烧结,淬火,回火后,再将高铬铸铁融化后进行浇筑;本发明将环氧树脂,苯并噁嗪树脂和酚醛树脂混合,作为粘接剂,能提高体系的交联密度,使其致密化程度得到提高,增强了其力学性能。
19、(2)本发明的一种高强度的陶瓷基复合材料,将膨胀单体加入到反应体系中,降低了收缩应力,减少了内部产生缝隙的几率,增强了致密性。
20、(3)本发明的一种高强度的陶瓷基复合材料,粘接剂中含有苯并噁嗪树脂,该树脂的固化收缩率几乎可忽略不计,收缩应力较低,不会在收缩时产生内部裂缝,增强了其致密性。
1.一种高强度的陶瓷基复合材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
2.根据权利要求1所述的高强度的陶瓷基复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中碳化硅陶瓷颗粒,氮化硅陶瓷颗粒,亚微米级氮化钛,粘接剂和膨胀单体的质量份数比为45-55:55-65:8-12:6-10:0.5-1。
3.根据权利要求1所述的高强度的陶瓷基复合材料的制备方法,其特征在于,所述粘接剂由环氧树脂,苯并噁嗪树脂和酚醛树脂按照质量比为1-3:1:1混合而成。
4.根据权利要求1所述的高强度的陶瓷基复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中球磨转速为300-400rpm,球磨时间为15-20h。
5.根据权利要求1所述的高强度的陶瓷基复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中碳化硅陶瓷颗粒的平均粒径为100-150μm,氮化硅陶瓷颗粒的平均粒径为400-600μm,亚微米级氮化钛的平均粒径为500-700nm。
6.根据权利要求1所述的高强度的陶瓷基复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中膨胀单体为3,9-二乙基-3,9丙烯氧甲基-1,5,7,11-四氧杂螺[5,5]十一烷。
7.根据权利要求1所述的高强度的陶瓷基复合材料的制备方法,其特征在于,所述碳化硅陶瓷颗粒的密度为3.18-3.25g/cm3,氮化硅陶瓷颗粒的密度为3.15-3.2g/cm3。
8.根据权利要求1所述的高强度的陶瓷基复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中通孔的直径为0.6-1mm。
9.根据权利要求1所述的高强度的陶瓷基复合材料的制备方法,其特征在于,所述金属材料为高铬白口抗磨铸铁。