鈦鋁金屬間化合物/氧化鋁陶瓷複合材料及其製備工藝的製作方法

2023-06-11 05:27:11

專利名稱：鈦鋁金屬間化合物/氧化鋁陶瓷複合材料及其製備工藝的製作方法
技術領域：
本發明屬於工程陶瓷材料領域，尤其是涉及一種陶瓷刀具、模具及熱噴塗用的鈦鋁金屬間化合物/氧化鋁複合陶瓷材料及其製備工藝。
背景技術：
目前廣泛使用的陶瓷刀具材料的缺點是脆性大，即抗彎強度和斷裂韌性低，成本高。長期以來，人們為了提高陶瓷刀具材料的性能，降低成本，已作了大量的工作。從對陶瓷刀具的增韌方面，自1986年始，歐美市場就有了碳化矽晶須增韌的氧化鋁刀具材料，國內也相繼研究出了碳化矽晶須增韌氧化鋁基和在碳化矽晶須增韌的基礎上又加入碳化矽顆粒增韌的氧化鋁基陶瓷刀具材料。單純由晶須增韌的材料，雖然斷裂韌性較好，但由於晶須價格較高，導致材料價格高，性能價格比不合理，用顆粒部分替代晶須的氧化鋁基複合材料，價格上雖有所降低，但性能上同時受到了影響，KIc只有6Mpam1/2左右。金屬間化合物具有半陶瓷性質，它們與陶瓷材料複合，能實現性能上的互補，且成本也會大大降低。1996年原山東工業大學研究出了性能價格比較合理的Fe-Al金屬間化合物--Al2O3陶瓷複合材料(專利號為，98110195X)，利用該材料所製備的刀具對軸承環等合金鋼材料和HT250分別進行了精車和粗車試驗，與YB415及YT3硬質合金刀具相比，紅硬性優異，高速切削不燒刀，精車速度可高達600m/min以上，提高切削效率2-5倍。新型刀具展現出良好的韌性，在斷續切削過程和大切深情況下不崩刃，耐磨損性能超過硬質合金，韌性優於其它氧化鋁基陶瓷刀具，是一種可部分替代硬質合金刀具的切削加工產品。但該刀具對硬度高、塑性較好的材料，如調質鋼等切削性能上欠佳。

發明內容
本發明的目的在於克服上述現有技術的不足，利用資源豐富、價格低廉的原料，發明一種價格適宜、性能優良、先進實用的鈦鋁金屬間化合物/氧化鋁複合陶瓷材料及其製備工藝。
本發明是通過以下方式實現的鈦鋁金屬間化合物/氧化鋁陶瓷複合材料，其特徵是它由Ti-Al金屬間化合物和Al2O3兩部分組成，材料的組成成分比(重量％)為Al2O365-93％，Ti-Al金屬間化合物7-35％。
上述的鈦鋁金屬間化合物/氧化鋁陶瓷複合材料，其特徵還在於Ti-Al基金屬間化合物組分原子百分比(％)為Al12-50，Nb0-22，B0-1.5，Mo0-2，Cr 0-3，其餘為Ti。
鈦鋁金屬間化合物/氧化鋁陶瓷複合材料的製備工藝步驟為1)金屬Ti粉和Al粉以及少量添加劑按配比準確配料，幹法球磨機械合金化，形成主晶相為Ti3Al和TiAl的混合物；2)Ti-Al金屬間化合物粉體與Al2O3細粉按配方配料，無水乙醇作球磨介質，一起球磨後，料漿在真空乾燥器中乾燥、制粉；3)粉體材料裝入石墨模具中，熱壓燒結，用氫氣或氬氣作保護氣體，燒成溫度範圍為1200-1800℃，壓力為10-40MPa。
由於Ti-Al金屬間化合物的優良性能及該種材料與Al2O3陶瓷材料有著較Fe-Al金屬間化合物與Al2O3更接近的熱膨脹係數，也就是說，Ti-AI金屬間化合物與Al2O3有更好的結合性能，生產出的複合材料將會大大改善切削性能。本發明利用Ti粉、Al粉經合金化後與Al2O3粉複合，來提高Al2O3陶瓷的韌性和強度。形成的複合陶瓷材料性能價格比合理，且拓展了Al2O3陶瓷材料的應用範圍。
4、實施例將Ti、Al粉及添加劑配料，於高能球磨機中球磨70-100小時，然後加入Al2O3粉及無水乙醇球磨劑，混磨3-5小時，經真空乾燥箱乾燥後，用100目篩篩選，用石墨模具在氬氣氣氛中熱壓燒結，按附表中的溫度，加壓40MPa，燒結1小時即得到緻密度高於99％的胚料，經切割磨光後即成複合陶瓷刀具。
實施例附表
權利要求
1·鈦鋁金屬間化合物/氧化鋁陶瓷複合材料，其特徵是它由Ti-Al金屬間化合物和Al2O3兩部分組成，材料的組成成分比(重量％)為Al2O365-93％，Ti-Al金屬間化合物7-35％。
2·根據權利要求1所述的鈦鋁金屬間化合物/氧化鋁陶瓷複合材料，其特徵還在於Ti-Al基金屬間化合物組分原子百分比(％)為Al12-50，Nb 0-22，B0-1.5，Mo0-2，Cr0-3，其餘為Ti。
3·一種製備權利要求1或2所述的鈦鋁金屬間化合物/氧化鋁陶瓷複合材料的工藝步驟為1)金屬Ti粉和Al粉以及少量添加劑按配比準確配料，幹法球磨機械合金化，形成主晶相為Ti3Al和TiAl的混合物；2)Ti-Al金屬間化合物粉體與Al2O3細粉按配方配料，無水乙醇作球磨介質，一起球磨後，料漿在真空乾燥器中乾燥、制粉；3)粉體材料裝入石墨模具中，熱壓燒結，用氫氣或氬氣作保護氣體，燒成溫度範圍為1200-1800℃，壓力為10-40MPa。
全文摘要
本發明涉及到刀具、模具表面噴塗等領域應用的一種鈦鋁金屬間化合物/氧化鋁陶瓷複合材料及其製備工藝。該材料由Ti－Al金屬間化合物和Al
文檔編號C04B35/10GK1337377SQ0112743
公開日2002年2月27日 申請日期2001年9月20日 優先權日2001年9月20日
發明者尹衍升, 李愛菊, 龔紅宇, 範潤華, 甄玉花 申請人:山東大學