液相燒結複合碳化物陶瓷材料及其陶瓷製品的製造方法
2023-04-24 10:47:31 2
專利名稱：液相燒結複合碳化物陶瓷材料及其陶瓷製品的製造方法
技術領域：
本發明涉及一種複合碳化物陶瓷材料及其陶瓷製品的製造工藝。
背景技術：
目前常用的碳化物陶瓷材料有兩種碳化矽陶瓷材料和碳化硼陶瓷材料。而其製品的製造常採用熱壓燒結和無壓燒結方法。上述兩種陶瓷材料在使用和生產過程中存在如下問題1、碳化矽陶瓷耐磨性能差，碳化硼陶瓷製造成本較高，難於大量生產；2、材料的斷裂韌性差，強度低，性能選擇性差，難於作到材料的性能指標與材料的經濟性的最佳狀態。而製造上述兩種產品的方法存在的主要問題是1、熱壓燒結生產費用高，生產效率低，且只能製作形狀簡單的製品，不能滿足大批量低成本生產的需求。2、無壓燒結複合碳化物難於得到高密度的燒結體，技術性能指標低，不能滿足市場對高質量製品的需求。
發明內容
本發明的目的在於提供一種液相燒結複合碳化物陶瓷材料及其陶瓷製品的製造方法，它具有原料配比合理、生產費用低，生產效率高，能生產複雜形狀的製品，毛坯尺寸精度和無壓燒結技術性能指標高的特點。本發明的液相燒結複合碳化物陶瓷材料是由下列原料按重量百分比混合而成碳化矽粉末佔2～92、碳化硼粉末佔2～92、Al-Y系添加劑佔5～25、CeO2或La2O3佔0.5～3.0；所述Al-Y系添加劑中，Al與Y的比例為2.0～5.5∶5.5～2.0，Al-Y系添加劑為AlN或Al2O3粉末和Y2O3粉末，它們的平均粒徑為0.6～3.0微米，純度為94～99.99％；所述的碳化矽和碳化硼粉末原料的純度為94～99％，平均粒徑為0.6～3.5微米。液相燒結複合碳化物陶瓷製品的製造方法是首先，按常規方法將複合碳化物陶瓷材料進行混料、制粉和成形；然後，將粉末壓坯置於真空燒結爐中，先抽真空，再用氬氣衝洗三次，升溫燒結，升溫速度為5～10℃/min，升溫到1700～2000℃後，保溫150～500分鐘，燒結在真空或流動的氬氣中進行，氬氣的流量為5～15L/min。本發明與現有技術相比具有如下優點1、它與熱壓燒結碳化矽或碳化硼陶瓷相比降低生產成本15～67％，與無壓燒結碳化矽或碳化硼陶瓷相比降低生產成本20～50％；2、它可以製造諸如噴沙嘴、密封環、軸承套等形狀複雜的複合碳化物陶瓷製品；3、比熱壓燒結碳化矽或碳化硼製造方法提高生產效率25～160％；4、提高了燒結製品的尺寸精度，降低了後續精加工的費用；5、綜合技術性能指標與無壓燒結碳化矽或碳化硼相比提高了30～65％，擴大了產品應用範圍，特別是可根據材料所要求的使用壽命與期望的價格，選定適當的化學成分進行製造，從而獲得最佳的經濟效益。
具體實施例方式
一本實施方式由下列原料按重量百分比混合而成碳化矽粉末佔2～92、碳化硼粉末佔2～92、Al-Y系添加劑佔5～25、CeO2或La2O3佔0.5～3.0；所述Al-Y系添加劑中，Al與Y的比例為2.0～5.5∶5.5～2.0，Al-Y系添加劑為AlN或Al2O3粉末和Y2O3粉末，它們的平均粒徑為0.6～3.0微米，純度為94～99.99％，所述的碳化矽和碳化硼粉末原料的純度為94～99％，平均粒徑為0.6～3.5微米。液相燒結複合碳化物陶瓷製品的製造方法為首先，按常規方法將碳化矽和碳化硼陶瓷材料進行混料、制粉和成形然後，將壓坯置於真空燒結爐中，先抽真空，再用氬氣衝洗三次，升溫燒結，升溫速度為5～15℃/min。升溫到1700～2000℃後，保溫200～500分鐘。燒結是在真空或流動的氬氣中進行，氬氣的流量為5～15L/min。混料、制粉和成形的步驟為a.將碳化矽和碳化硼、Al-Y系添加劑、CeO2或La2O3的陶瓷材料粉末置於球磨機的尼龍罐中進行混合，加入常規量的酒精作為混合助劑，球磨機用的料球為碳化硼陶瓷球；b.球磨混合6～24小時後，在70～90℃的流動氮氣中烘乾，破碎，加入常規量的濃度為1～10％的聚乙烯醇水溶液作為粘合劑；c.混合2～8小時後進行乾燥破碎；d.過60～120目篩；e.然後進行冷等靜壓成形，壓力為200～350MPa。
具體實施例方式
二本實施方式由碳化矽粉末原料和碳化硼粉末原料、Al-Y系添加劑和任選一種的CeO2或La2O3組成，各原料重量百分比分別為碳化矽粉末62～92、碳化硼粉末2～17、Al2O3和Y2O3粉末5～25、CeO2或La2O3佔1.1～2.0。
具體實施例方式
三本實施方式與具體實施方式
一不同的是，各原料質量百分比分別為碳化矽粉末60～76.9、碳化硼粉末16～31、Al-Y系添加劑5～12.5、CeO2或La2O32.1～3.0。液相燒結複合碳化物陶瓷製品的製造方法中混料、制粉及成形的步驟為a.將碳化矽和碳化硼、Al-Y系添加劑、CeO2或La2O3的陶瓷材料粉末置於聚醯亞胺罐中進行混合，加入常規量的丙酮作為混合助劑；b.球磨混合6～24小時後，在70～90℃的流動氬氣中烘乾，破碎，加入常規量的濃度為1～10％的聚乙烯醇水溶液作為粘合劑；c.混合2～8小時後進行稀釋；d.然後進行噴霧造粒；e.在鋼模中冷壓成形，壓力為100～250MPa。
具體實施例方式
四本實施方式與具體實施方式
二、三不同的是，各原料質量百分比分別為碳化矽粉末35～44、碳化硼粉末50～55、AlN和Y2O35～10、Ce2O3或La2O30.5～1.0。
具體實施例方式
五按以下重量百分比取原料粉末平均粒徑為0.71微米，純度為97.4％的碳化矽粉末72.2；平均粒徑為0.92微米，純度為95.4％的碳化硼粉末22.3；平均粒徑1.7微米、純度為98.0％的Al2O30.8，平均粒徑2.7微米、純度為95.5％的AlN粉末1.7；平均粒徑1.2微米、純度為99.7％的Y2O32.5、Le2O30.5。進行混料及制粉，鋼模壓形，壓力為220MPa，進行燒結，升溫速度為10℃/min，升溫至1920℃後，保溫270min。得到燒結體的主要性能指標是密度3.05g/cm3，硬度HV2830，四點抗彎強度680MPa，斷裂韌性KIC6.9MPam1/2。
具體實施例方式
六本實施方式與具體實施方式
五不同的是，它按以下重量百分比取原料粉末平均粒徑為3.5微米、純度為94.2％的碳化矽粉末原料70.7和碳化硼粉末23.7，平均粒徑2.5微米、純度為99.0％的CeO20.5；平均粒徑0.6微米、純度為95.8％的Al2O33.3；平均粒徑0.7微米、純度為98.0％的Y2O31.8。進行混料及制粉，冷等靜壓成形，壓力為150MPa，進行燒結，升溫速度為5℃/min，升溫至1970℃後，保溫430min。得到燒結體的主要性能指標是密度2.85g/cm3，硬度HV3230，四點抗彎強度525MPa，斷裂韌性KIC7.2MPam1/2。
權利要求
1.液相燒結複合碳化物陶瓷材料，其特徵在於它是由下列原料按重量百分比混合而成碳化矽粉末佔2～92、碳化硼粉末佔2～92、Al-Y系添加劑佔5～25、CeO2或La2O3佔0.5～3.0。
2.根據權利要求1所述的液相燒結複合碳化物陶瓷材料，其特徵在於所述Al-Y系添加劑中，Al與Y的比例為2.0～5.5∶5.5～2.0。
3.根據權利要求1所述的液相燒結複合碳化物陶瓷材料，其特徵在於所述Al-Y系添加劑為AlN或Al2O3粉末和Y2O3粉末，它們的平均粒徑為0.6～3.0微米，純度為94～99.99％。
4.根據權利要求1所述的液相燒結複合碳化物陶瓷材料，其特徵在於所述的碳化矽和碳化硼粉末原料的純度為94～99％，平均粒徑為0.6～3.5微米。
5.根據權利要求1所述的液相燒結複合碳化物陶瓷材料，其特徵在於各原料重量百分比分別為碳化矽粉末62～92、碳化硼粉末2～17、Al2O3和Y2O3粉末5～25、CeO2或La2O3佔1.1～2.0。
6.根據權利要求1所述的液相燒結複合碳化物陶瓷材料，其特徵在於各原料重量百分比分別為碳化矽粉末60～76.9、碳化硼粉末16～31、Al-Y系添加劑5～12.5、CeO2或La2O32.1～3.0。
7.根據權利要求1所述的液相燒結複合碳化物陶瓷材料，其特徵在於各原料重量百分比分別為碳化矽粉末35～44、碳化硼粉末50～55、AlN和Y2O35～10、Ce2O3或La2O30.5～1.0。
8.液相燒結複合碳化物陶瓷製品的製造方法，首先，按常規方法將複合碳化物陶瓷材料進行混料、制粉和成形；其特徵在於然後，將粉末壓坯置於真空燒結爐中，先抽真空，再用氬氣衝洗三次，升溫燒結，升溫速度為5～10℃/min，升溫到1700～2000℃後，保溫150～500分鐘，燒結在真空或流動的氬氣中進行，氬氣的流量為5～15L/min。
9.根據權利要求8所述的液相燒結複合碳化物陶瓷製品的製造方法，其特徵在於混料、制粉和成形的步驟為a.將碳化矽和碳化硼、Al-Y系添加劑、CeO2或La2O3的陶瓷材料粉末置於球磨機的尼龍罐中進行混合，加入常規量的酒精作為混合助劑，球磨機用的料球為碳化硼陶瓷球；b.球磨混合6～24小時後，在70～100℃的流動氮氣中烘乾，破碎，加入常規量的濃度為1～10％的聚乙烯醇水溶液作為粘合劑；c.混合2～8小時後進行乾燥破碎；d.過60～120目篩；e.然後進行冷等靜壓成形，壓力為200～350MPa。
10.根據權利要求8所述的液相燒結複合碳化物陶瓷製品的製造方法，其特徵在於所述混料、制粉及成形的步驟為a.將碳化矽和碳化硼、Al-Y系添加劑、CeO2或La2O3的陶瓷材料粉末置於聚醯亞胺罐中進行混合，加入常規量的丙酮作為混合助劑；b.球磨混合6～24小時後，在70～100℃的流動氬氣中烘乾，破碎，加入常規量的濃度為1～10％的聚乙烯醇水溶液作為粘合劑；c.混合2～8小時後進行稀釋；d.然後進行噴霧造粒；e.在鋼模中冷壓成形，壓力為100～250MPa。
全文摘要
液相燒結複合碳化物陶瓷材料及其陶瓷製品的製造方法，它涉及一種複合碳化物陶瓷材料及其陶瓷製品的製造工藝。本發明由下列原料按重量百分比混合而成碳化矽粉末佔2～92、碳化硼粉末佔2～92、Al－Y系添加劑佔5～25、CeO
文檔編號C04B35/563GK1552664SQ20031010776
公開日2004年12月8日 申請日期2003年12月19日 優先權日2003年12月19日
發明者李文輝, 李文新 申請人:李文輝, 李文新