金屬陶瓷複合異形件的製備方法
2023-06-02 10:33:46
專利名稱：金屬陶瓷複合異形件的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種金屬陶瓷複合件的製備方法，特別是涉及一種金屬陶瓷複合異形
件的製備方法。
背景技術：
近年來，隨著陶瓷材料的大規模研究開發，陶瓷與陶瓷或陶瓷與金屬的連接技術 也越來越引起人們的廣泛關注。實現陶瓷與金屬的有效連接可進一步擴大陶瓷的應用範 圍。但由於陶瓷和金屬是兩類性質不同的材料，相互結合時在界面上存在著化學及物理性 能的差異，特別是化學鍵差異較大，採用常規的焊接方法難以實現有效連接。因此，陶瓷與 金屬的連接成為近幾年來異種材料連接研究的重點。另外，由於陶瓷材料固有的硬性和脆 性使其難以加工與製造，傳統成形工藝難以成形金屬陶瓷複合異形件。
發明內容
本發明的目的是為了解決陶瓷與金屬連接困難以及傳統成型工藝難以成形金屬
陶瓷複合異形件的問題，進而提供一種金屬陶瓷複合異形件的製備方法。 本發明的金屬陶瓷複合異形件的製備方法的步驟為 步驟一選取陶瓷粉末和金屬粉末，所述陶瓷粉末燒結溫度和金屬粉末的燒結溫
度差在0-10(TC之間； 步驟二 選取有機粘結劑； 步驟三餵料的製備，將裝載量為48-60%的陶瓷粉末放入混煉機中加熱到 100-30(TC，然後再加入有機粘結劑進行混煉造粒，混煉造粒的時間為1-2小時，製成長度 為3-5mm，直徑為2mm的圓柱狀陶瓷餵料，將裝載量為48-60%的金屬粉末放入混煉機中加 熱到100-30(TC，然後再加入有機粘結劑進行混煉造粒，混煉造粒的時間為1-2小時，製成 長度為3-5mm，直徑為2mm的圓柱狀金屬餵料； 步驟四壓製成型，將製備的陶瓷餵料和金屬餵料加入到成型模具型腔的相 應部位，然後壓製成型異形件生坯，壓製成型的溫度為室溫-30(TC，壓製成型的壓力為 10-30MPa，保壓時間為1-3小時; 步驟五脫脂，將壓製成型的異形件生坯在真空熱壓燒結爐中於室溫到55(TC的 溫度範圍內進行脫脂得到成型坯料，脫脂時間為6-15小時； 步驟六熱壓燒結，將脫脂的成型坯料放入真空熱壓燒結爐中燒結得到異形件，燒 結溫度為1000-2000。C，壓力為20-40MPa，保壓時間為1_3小時。 本發明與現有技術相比具有以下有益效果本發明解決了傳統成型工藝難以成形 金屬陶瓷複合異形件以及金屬與陶瓷連接困難的問題，實現了金屬與陶瓷的擴散連接，燒 結期間施加的保壓壓力可有效的避免由於金屬和陶瓷收縮不一致產生的變形、接頭開裂等 問題，最終實現了金屬與陶瓷連接及金屬陶瓷複合異形件的一次成形。
具體實施例方式
具體實施方式
一 本實施方式的金屬陶瓷複合異形件的製備方法的步驟為步 驟一 選取陶瓷粉末和金屬粉末，所述陶瓷粉末燒結溫度和金屬粉末的燒結溫度差在 0-100。C之間; 步驟二 選取有機粘結劑； 步驟三餵料的製備，將裝載量為48-60%的陶瓷粉末放入混煉機中加熱到 100-30(TC，然後再加入有機粘結劑進行混煉造粒，混煉造粒的時間為1-2小時，製成長度 為3-5mm，直徑為2mm的圓柱狀陶瓷餵料，將裝載量為48-60%的金屬粉末放入混煉機中加 熱到100-30(TC，然後再加入有機粘結劑進行混煉造粒，混煉造粒的時間為1-2小時，製成 長度為3-5mm，直徑為2mm的圓柱狀金屬餵料； 步驟四壓製成型，將製備的陶瓷餵料和金屬餵料加入到成型模具型腔的相 應部位，然後壓製成型異形件生坯，壓製成型的溫度為室溫-30(TC，壓製成型的壓力為 10-30MPa，保壓時間為1-3小時; 陶瓷餵料和金屬餵料的比例關係根據所要成型的異形件的要求進行選定； 步驟五脫脂，將壓製成型的異形件生坯在真空熱壓燒結爐中於室溫到55(TC的
溫度範圍內進行脫脂得到成型坯料，脫脂時間為6-15小時； 步驟六熱壓燒結，將脫脂的成型坯料在真空熱壓燒結爐中燒結得到異形件，燒結 溫度為1000-2000。C，壓力為20-40MPa，保壓時間為1_3小時。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中的陶瓷粉末 由氧化鋅、氧化鋯、氧化鋁、氮化矽、碳化矽中的一種或幾種組成。上述組分由兩種或兩種 以上混合時，可以根據所需產品對耐磨性、耐腐蝕性以及高溫使用性等，選擇合適的混合比 例，製得滿足實際需求的金屬陶瓷複合異形件。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一或二不同的是步驟一中的金屬 粉末由鎳基高溫合金、鉬合金、鈮矽合金、鈷基高溫合金中的一種或幾種組成。上述組分由 兩種或兩種以上混合時，可以根據所需產品對耐磨性、耐腐蝕性以及高溫使用性等，選擇合 適的混合比例，製得滿足實際需求的金屬陶瓷複合異形件。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一、二或三不同的是步驟一中的 陶瓷粉末燒結溫度和金屬粉末的燒結溫度差為2(TC。便於成型。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一、二或三不同的是步驟一中的 陶瓷粉末燒結溫度和金屬粉末的燒結溫度差為4(TC。便於成型。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一、二或三不同的是步驟一中的 陶瓷粉末燒結溫度和金屬粉末的燒結溫度差為50°C。便於成型。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
一、二或三不同的是步驟一中的 陶瓷粉末燒結溫度和金屬粉末的燒結溫度差為60°C。便於成型。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
一、二或三不同的是步驟一中的 陶瓷粉末燒結溫度和金屬粉末的燒結溫度差為80°C。便於成型。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
一、二或三不同的是步驟二中的 有機粘結劑由聚四氟乙烯和蒸餾水在IO(TC下保溫1小時製得，粘結劑中聚四氟乙烯的含 量為5wt^。粘結性好，固化強度高，成型質量更好。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
一、二或三不同的是步驟二中的 有機粘結劑由石蠟、聚丙烯、聚乙烯和硬脂酸混合而成，其中，石蠟的重量百分比為30%，聚 丙烯的重量百分比為30%，聚乙烯的重量百分比為30%，硬脂酸的重量百分比為10%。粘 結性好，固化強度高，成型質量更好。
具體實施方式
i^一 本實施方式與具體實施方式
一、二、三、九或十不同的是步 驟三中混煉機採用雙行星混煉機。所得餵料的均勻性比較好，成型的異形件未見明顯的微 觀缺陷，晶粒尺寸均勻性好。
具體實施方式
十二 本實施方式與具體實施方式
一、二、三、九、十或i^一不同的 是步驟三中的陶瓷粉末的裝載量為50%，金屬粉末的裝載量為50%，在混煉機中的加熱 溫度為170-18(TC，混煉造粒的時間為1. 5小時。成型的異形件未見明顯的微觀缺陷，晶粒 尺寸均勻性好。
具體實施方式
十三本實施方式與具體實施方式
一、二、三、九、十或i^一不同的 是步驟三中的陶瓷粉末的裝載量為55%，金屬粉末的裝載量為55%，在混煉機中的加熱 溫度為175tV混煉造粒的時間為1. 5小時。成型的異形件未見明顯的微觀缺陷，晶粒尺寸 均勻性好。
具體實施方式
十四本實施方式與具體實施方式
一、二、三、九、十或i^一不同的 是步驟三中的陶瓷粉末的裝載量為58%，金屬粉末的裝載量為58%，在混煉機中的加熱 溫度為185tV混煉造粒的時間為1小時。成型的異形件未見明顯的微觀缺陷，晶粒尺寸均 勻性好。
具體實施方式
十五本實施方式與具體實施方式
一、二、三、九、十、i^一、十二、 十三或十四不同的是步驟四中的壓製成型的溫度為100-20(TC，壓製成型的壓力為 15-25MPa，保壓時間為2小時。成型的異形件陶瓷與金屬連接處結合完好，晶粒尺寸均勻性 好。
具體實施方式
十六本實施方式與具體實施方式
一、二、三、九、十、i^一、十二、 十三或十四不同的是步驟四中的壓製成型的溫度為室溫-10(TC，壓製成型的壓力為 15-25MPa，保壓時間為2小時。成型的異形件陶瓷與金屬連接處結合完好，晶粒尺寸均勻性 好。 具體實施方式
十七本實施方式與具體實施方式
一、二、三、九、十、i^一、十二、
十三或十四不同的是步驟四中的壓製成型的溫度為200-30(TC，壓製成型的壓力為 15-25MPa，保壓時間為2小時。成型的異形件陶瓷與金屬連接處結合完好，晶粒尺寸均勻性 好。 具體實施方式
十八本實施方式與具體實施方式
一、二、三、九、十、i^一、十二、 十三或十四不同的是步驟四中的壓製成型的溫度為15(TC，壓製成型的壓力為20MPa，保 壓時間為2小時。成型的異形件陶瓷與金屬連接處結合完好，晶粒尺寸均勻性好。
具體實施方式
十九本實施方式與具體實施方式
一、二、三、九、十、i^一、十二、
十三、十四、十五或十八不同的是步驟五中的壓製成型的異形件生坯在室溫-50(TC的溫
度範圍內進行脫脂，脫脂時間為8-10小時。使得成型坯料中有機粘結劑脫除完全。 具體實施方式
二十本實施方式與具體實施方式
一、二、三、九、十、i^一、十二、
十三、十四、十五、十八或十九不同的是步驟六中的燒結溫度為1200-180(TC，壓力為25-30MPa，保壓時間為2小時。異形件強度高，雜質含量少。
具體實施方式
二i^一 本實施方式與具體實施方式
一、二、三、九、十、i^一、十二、 十三、十四、十五、十八或十九不同的是步驟六中的燒結溫度為150(TC，壓力為30MPa，保 壓時間為2小時。異形件強度高，雜質含量少。
具體實施方式
二十二 本實施方式的金屬陶瓷複合異形件的製備方法的步驟為
步驟一 選取氧化鋅粉末和鎳鋁合金粉末； 步驟二選取有機粘結劑，所述有機粘結劑由石蠟、聚丙烯、聚乙烯和硬脂酸混合 而成，其中，石蠟的重量百分比為30%，聚丙烯的重量百分比為30%，聚乙烯的重量百分比 為30%，硬脂酸的重量百分比為10% ; 步驟三餵料的製備，將裝載量為55%的氧化鋅粉末放入混煉機中加熱到1S(TC， 然後再加入有機粘結劑進行混煉造粒，混煉造粒的時間為1-2小時，製成長度為3-5mm，直 徑為2mm的圓柱狀陶瓷餵料，將裝載量為55%的金屬粉末放入混煉機中加熱到180°C ，然後 再加入有機粘結劑進行混煉造粒，混煉造粒的時間為1-2小時，製成長度為3-5mm，直徑為 2mm的圓柱狀金屬餵料； 步驟四壓製成型，將製備的圓柱狀陶瓷餵料和圓柱狀金屬餵料加入到成型模 具型腔的相應部位壓製成型異形件生坯，壓製成型的溫度為16(TC，壓製成型的壓力為 20MPa，保壓時間為2小時； 步驟五脫脂，將壓製成型的異形件生坯放在脫脂爐中在室溫-50(TC的溫度範圍 內進行脫脂得到成型坯料，脫脂時間為10小時； 步驟六熱壓燒結，將脫脂的成型坯料放入真空熱壓燒結爐中燒結得到異形件，燒 結溫度為115(TC，壓力為30MPa，保壓時間為2小時。 本實施方式中所得異形件微觀組織均勻，未見明顯的微觀缺陷，陶瓷與金屬連接 處結合完好，晶粒大小一致性好。
具體實施方式
二十三本實施方式的金屬陶瓷複合異形件的製備方法的步驟為
步驟一 選取氧化鋯粉末和鉬合金粉末； 步驟二 選取有機粘結劑，所述有機粘結劑由聚四氟乙烯和蒸餾水在IO(TC下保 溫1小時製得，粘結劑中聚四氟乙烯的含量為5wt% ; 步驟三餵料的製備，將裝載量為50%的氧化鋅粉末放入混煉機中加熱到180°C ， 然後再加入有機粘結劑進行混煉造粒，混煉造粒的時間為1-2小時，製成長度為3-5mm，直 徑為2mm的圓柱狀陶瓷餵料，將裝載量為55%的金屬粉末放入混煉機中加熱到18(TC，然後 再加入有機粘結劑進行混煉造粒，混煉造粒的時間為1-2小時，製成長度為3-5mm，直徑為 2mm的圓柱狀金屬餵料； 步驟四壓製成型，將製備的圓柱狀陶瓷餵料和圓柱狀金屬餵料加入到成型模具 型腔的相應部位壓製成型異形件生坯，壓製成型的溫度為室溫，壓製成型的壓力為20MPa， 保壓時間為2小時； 步驟五脫脂，將壓製成型的異形件生坯放在脫脂爐中在室溫-50(TC的溫度範圍 內進行脫脂得到成型坯料，脫脂時間為12小時； 步驟六熱壓燒結，將脫脂的成型坯料放入真空熱壓燒結爐中燒結得到異形件，燒 結溫度為135(TC，壓力為40MPa，保壓時間為2小時。
本實施方式中所得異形件微觀組織均勻，未見明顯的微觀缺陷，陶瓷與金屬連接 處結合完好，晶粒大小一致性好。
權利要求
一種金屬陶瓷複合異形件的製備方法，其特徵在於異形件製備方法的步驟為步驟一選取陶瓷粉末和金屬粉末，所述陶瓷粉末燒結溫度和金屬粉末的燒結溫度差在0-100℃之間；步驟二選取有機粘結劑；步驟三餵料的製備，將裝載量為48-60％的陶瓷粉末放入混煉機中加熱到100-300℃，然後再加入有機粘結劑進行混煉造粒，混煉造粒的時間為1-2小時，製成長度為3-5mm，直徑為2mm的圓柱狀陶瓷餵料；將裝載量為48-60％的金屬粉末放入混煉機中加熱到100-300℃，然後再加入有機粘結劑進行混煉造粒，混煉造粒的時間為1-2小時，製成長度為3-5mm，直徑為2mm的圓柱狀金屬餵料；步驟四壓製成型，將製備的陶瓷餵料和金屬餵料加入到成型模具型腔的相應部位，然後壓製成型異形件生坯，壓製成型的溫度為室溫-300℃，壓製成型的壓力為10-30MPa，保壓時間為1-3小時；步驟五脫脂，將壓製成型的異形件生坯在真空熱壓燒結爐中於室溫到550℃的溫度範圍內進行脫脂得到成型坯料，脫脂時間為6-15小時；步驟六熱壓燒結，將脫脂的成型坯料在真空熱壓燒結爐中燒結得到異形件，燒結溫度為1000-2000℃，壓力為20-40MPa，保壓時間為1-3小時。
2. 根據權利要求1所述金屬陶瓷複合異形件的製備方法，其特徵在於所述步驟一中 的陶瓷粉末由氧化鋅、氧化鋯、氧化鋁、氮化矽、碳化矽中的一種或幾種組成。
3. 根據權利要求1或2所述金屬陶瓷複合異形件的製備方法，其特徵在於所述步驟一中的金屬粉末由鎳基高溫合金、鉬合金、鈮矽合金、鈷基高溫合金中的一種或幾種組成。
4. 根據權利要求1所述金屬陶瓷複合異形件的製備方法，其特徵在於所述步驟二中的有機粘結劑由石蠟、聚丙烯、聚乙烯和硬脂酸混合而成，其中，石蠟的重量百分比為30%， 聚丙烯的重量百分比為30%，聚乙烯的重量百分比為30%，硬脂酸的重量百分比為10%。
5. 根據權利要求1所述金屬陶瓷複合異形件的製備方法，其特徵在於所述步驟三中混煉機採用雙行星混煉機。
6. 根據權利要求1或5所述金屬陶瓷複合異形件的製備方法，其特徵在於所述步驟三中的陶瓷粉末的裝載量為50%，金屬粉末的裝載量為50%，在混煉機中的加熱溫度為 170-18(TC，混煉造粒的時間為1. 5小時。
7. 根據權利要求1或5所述金屬陶瓷複合異形件的製備方法，其特徵在於所述步驟 三中的陶瓷粉末的裝載量為55%，金屬粉末的裝載量為55%，在混煉機中的加熱溫度為 175 °C ，混煉造粒的時間為1. 5小時。
8. 根據權利要求1或5所述金屬陶瓷複合異形件的製備方法，其特徵在於所述步驟 三中的陶瓷粉末的裝載量為58%，金屬粉末的裝載量為58%，在混煉機中的加熱溫度為 185 °C ，混煉造粒的時間為1小時。
9. 根據權利要求1所述金屬陶瓷複合異形件的製備方法，其特徵在於所述步驟四中 的壓製成型的溫度為100-20(TC，壓製成型的壓力為15-25MPa，保壓時間為2小時。
10. 根據權利要求9所述金屬陶瓷複合異形件的製備方法，其特徵在於所述步驟五中 的壓製成型的異形件生坯在室溫-50(TC的溫度範圍內進行脫脂，脫脂時間為8-10小時。
全文摘要
金屬陶瓷複合異形件的製備方法，它涉及一種金屬陶瓷複合件的製備方法。本發明解決了陶瓷與金屬連接困難以及傳統成型工藝難以成形金屬陶瓷複合異形件的問題。本發明的方法步驟為選取陶瓷粉末和金屬粉末，選取有機粘結劑，餵料的製備，將製備的餵料加入到成型模具型腔的相應部位，在熱壓燒結爐中壓製成型異形件生坯，將壓製成型的異形件生坯在室溫到550℃的溫度範圍內進行脫脂得到成型坯料，然後將脫脂的成型坯料進行熱壓燒結得到異形件，燒結溫度為1000-2000℃，壓力為20-40MPa。本方法避免了由於金屬和陶瓷收縮不一致產生的變形、接頭開裂等問題，實現了金屬與陶瓷連接及金屬陶瓷複合異形件的一次成形。
文檔編號B22F3/12GK101745640SQ201010301079
公開日2010年6月23日 申請日期2010年2月2日 優先權日2010年2月2日
發明者盧振, 張凱鋒, 王長瑞 申請人:哈爾濱工業大學