一种不锈钢与陶瓷的复合材料的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种不锈钢与陶瓷的复合材料，具体涉及一种由陶瓷、纯金属和304 不锈钢复合的材料。
【背景技术】
[0002] 不锈钢和陶瓷材料是工业和生活中应用极为广泛的两种材料，不锈钢材料耐酸碱 腐蚀性好、拉伸、抗弯、抗冲击等力学性能佳，陶瓷材料则硬度高、耐磨性好，两种材料因具 备不同的特性，往往应用于不同领域。近年来，许多学者都在研究将不锈钢与陶瓷材料结 合，形成新的复合材料，使之既具备不锈钢的优点又能够兼具陶瓷材料的特性。
[0003] 申请号为201010568591. 4的名为《不锈钢与氧化铝陶瓷的连接方法及制得的连 接件》的中国专利中，提供了一种在不锈钢与氧化铝陶瓷之间设置一层滤波作为连接介质， 通过固相扩散的方式，用热压烧结炉将上述材料结合成一体。该方法工艺复杂，且还需要用 到大量的金属银，造价极高。
【发明内容】
[0004] 304不锈钢是不锈钢系列中应用广泛的一种，因其加工性能好、韧性高，广泛用于 工业、家具装饰行业和食品医疗行业。本发明提供了一种以304不锈钢作为基材的复合材 料，使304不锈钢与氧化锆陶瓷能够有效接合，形成新的复合材料。
[0005] 本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现： 一种不锈钢与陶瓷的复合材料，包括陶瓷层、缓冲层和304不锈钢层，所述陶瓷层由重 量百分数为32wt%氧化钡、55wt%氧化锆、13wt%氧化硼所烧制而成的复合体系陶瓷、缓冲层 为Nb金属层、Mo金属层中的一种；陶瓷层、缓冲层和304不锈钢层依次叠加，通过感应加热 使三者融合成一体。
[0006] 陶瓷层和不锈钢层无法通过现有技术很好的接合在一起，在两者之间设置一层纯 金属的缓冲层，感应加热后既可以将陶瓷层和不锈钢层有机结合在一起，而且当该复合材 料作为结构件进行使用时，缓冲层可作为缓冲地带，吸收外部的击打能量，提升本发明中复 合材料的力学性能。
[0007] 氧化锆陶瓷具有高韧性、高抗弯强度、高耐磨性和优异的隔热性能，最重要的是其 热膨胀系数接近钢材，所以氧化锆陶瓷在与304不锈钢形成的复合材料使用时结合力好， 在遇到高温环境时，该复合材料不会因为热膨胀系数的差异在接合处出现裂缝，从而导致 材料失效。同时，氧化锆陶瓷为纯白色，极易调色，可结合复合材料的需要改变陶瓷层的颜 色，满足多种颜色的需求。氧化锆中添加氧化钡可进一步改善陶瓷的力学性能，同时改善陶 瓷的表面状态，使陶瓷表面吸附力更强，从而增强与金属之间的结合力。氧化硼为网络生成 体氧化物，具有良好的助熔性，可使本发明中的陶瓷体系更加稳定。经本发明的发明人验 证，当氧化钡、氧化锆和氧化硼的所占的质量百分比分别为32%、55%、13%时，不仅与金属结 合力强，而且力学性能最佳。
[0008] 进一步地，所述陶瓷层中还可添加重量百分比为15-20%的氧化铪。氧化锆陶瓷陶 瓷原料中往往含有一定量的氧化铪，本发明的发明人发现添加15-20%的氧化铪后，氧化锆 陶瓷烧制后的孔隙率会增大，陶瓷的表面活性会有所增强，可使得氧化锆陶瓷层与纯金属 缓冲层结合的更为紧密。
[0009] Nb和Mo元素都是不锈钢中的常用添加元素，Nb和Mo纯金属具备优良的耐蚀性和 稳定性，许多不同牌号的不锈钢中多添加这两种元素以改善不锈钢的性质。在本发明中，利 用了Nb和Mo纯金属与304不锈钢的良好融合性，选用这两种金属可使后续感应加热过程 中，不锈钢与纯金属缓冲层结合的更为紧密。
[0010] 本发明中使用的陶瓷层在烧制的过程中可选用4%的Dy203作为烧结助剂。Dy203烧 结助剂可有效提升陶瓷层的煅烧效率，并且可以增大复合陶瓷体系的孔隙率，使陶瓷层与 纯金属缓冲层在感应加热的过程中接合的更为紧密。
[0011] 进一步优选，当陶瓷层、缓冲层和不锈钢层的厚度皆为3-5mm时，三种材料能够最 为紧密的接合，尤其当陶瓷层、缓冲层和不锈钢层的厚度皆为4mm时，所制备出的复合材料 结合紧密，抗冲击性能佳。
[0012] 本发明中使用感应加热的方法使陶瓷层、缓冲层和不锈钢层接合在一起，为避免 304不锈钢在空气中容易氧化形成氧化皮的特性，所述感应加热在真空炉中进行，真空炉的 真空度为10 5-1〇 4Pa为宜。感应加热选用高频交流电时，加热速率过快，不利于陶瓷层与缓 冲层、缓冲层与304不锈钢层的接合，易造成304不锈钢的烧损，而且加热的厚度一般不超 过3mm;而加热频率过低，则完全无法熔接陶瓷层与缓冲层、缓冲层与304不锈钢层；故感应 加热的频率使用中频即可，优选为8-12KHZ，陶瓷层、缓冲层和304不锈钢层感应加热时的 接合温度为900-1300°C，陶瓷层、缓冲层和304不锈钢层感应加热时的接合时间为30-45分 钟。
[0013] 若选择的陶瓷层、缓冲层和304不锈钢层偏厚，则可适当提升接合温度和接合时 间。本发明的发明人实践中发现，陶瓷层、缓冲层和304不锈钢层感应加热时的接合温度为 1140°C时，陶瓷层与缓冲层、缓冲层与304不锈钢层的接合效果最佳。
[0014] 本发明具有如下有益效果： 1、本发明中的方案可有效接合304不锈钢与氧化钡、氧化锆、氧化硼复合体系陶瓷，复 合材料既具备304不锈钢的优良力学性能又能够兼具陶瓷材料的特性。
[0015] 2、本发明中的不锈钢与陶瓷的复合材料结合紧密，抗冲击性能佳。
【具体实施方式】
[0016] 下面通过实施例对本发明的内容进行进一步的描述。
[0017] 混合32wt%氧化钡、55wt%氧化错、13wt%氧化硼陶瓷原料，选用4%的Dy203作为烧 结助剂、添加质量百分比为15%的氧化铪煅烧出复合体系陶瓷。不锈钢层为304不锈钢，反 应容器为真空炉，真空炉的真空度保持为10 5-1〇 4Pa，陶瓷层、不锈钢和缓冲层金属全部为 直径为20mm的圆柱体。按照下表中的条件进行复合材料的制备。
[0018] 复合材料的抗冲击能力使用金属摆锤测试仪对制得的样品进行冲击的平行试验， 记录摆锤冲击后的冲击功，冲击功的值越高，表示试样的抗冲击性能越好。冲击功的单位为 焦耳。
[0019] 取同样直径为20mm的不锈钢圆柱进行冲击试验，进行对比，测试结果如下。
[0020] 由实施例可见，陶瓷层、缓冲层、不锈钢层的厚度越厚，则感应加热的频率及接合 温度越高，接合时间就越长。陶瓷层、缓冲层、不锈钢层的厚度均为4cm、接合温度为1140Γ 时，复合材料的接合力最好。本发明中的复合材料抗冲击能力比304不锈钢好。
【主权项】
1. 一种不锈钢与陶瓷的复合材料，包括陶瓷层、缓冲层和304不锈钢层，其特征在于： 所述陶瓷层由重量百分数为32wt%氧化钡、55wt%氧化锆、13wt%氧化硼所烧制而成的复合 体系陶瓷、缓冲层为Nb金属层、Mo金属层中的一种；陶瓷层、缓冲层和304不锈钢层依次叠 加，通过感应加热使三者融合成一体。2. 如权利要求1所述不锈钢与陶瓷的复合材料，其特征在于：所述陶瓷层、缓冲层和 304不锈钢层的厚度皆为3-5mm。3. 如权利要求1所述不锈钢与陶瓷的复合材料，其特征在于：所述陶瓷层、缓冲层和 304不锈钢层的厚度皆为4mm。4. 如权利要求1所述不锈钢与陶瓷的复合材料，其特征在于：所述陶瓷层中还可添加 重量百分比为15-20%的氧化铪。5. 如权利要求1所述不锈钢与陶瓷的复合材料，其特征在于：所述陶瓷层中添加4%的 Dy2〇3作为烧结助剂。6. 如权利要求1所述不锈钢与陶瓷的复合材料，其特征在于：所述感应加热在真空炉 中进行，真空炉的真空度为10 5-1〇 4Pa。7. 如权利要求1所述不锈钢与陶瓷的复合材料，其特征在于：所述感应加热的频率为 8-12KHz〇8. 如权利要求1所述不锈钢与陶瓷的复合材料，其特征在于：所述陶瓷层、缓冲层和 304不锈钢层感应加热时的接合温度为900-1300°C。9. 如权利要求1所述不锈钢与陶瓷的复合材料，其特征在于：所述陶瓷层、缓冲层和 304不锈钢层感应加热时的接合温度为1140°C。10. 如权利要求1所述不锈钢与陶瓷的复合材料，其特征在于：所述陶瓷层、缓冲层和 304不锈钢层感应加热时的接合时间为30-45分钟。
【专利摘要】本发明公开了一种不锈钢与陶瓷的复合材料，包括陶瓷层、缓冲层和304不锈钢层，所述陶瓷层由重量百分数为32wt%氧化钡、55wt%氧化锆、13wt%氧化硼所烧制而成的复合体系陶瓷、缓冲层为Nb金属层、Mo金属层中的一种；陶瓷层、缓冲层和304不锈钢层依次叠加，通过感应加热使三者融合成一体。本发明中的复合材料既具备304不锈钢的优良力学性能又能够兼具陶瓷材料的特性，而且该不锈钢与陶瓷的复合材料结合紧密，抗冲击性能佳。
【IPC分类】C04B37/02
【公开号】CN105418134
【申请号】CN201510782657
【发明人】李超林
【申请人】佛山市高明俊品金属制品有限公司
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年11月16日