SU-304L金属增强的碳化硅基复合陶瓷材料及其母粒的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种SU‑304L金属增强的碳化硅基复合陶瓷材料，所述复合陶瓷材料含有金属料30～35wt％和陶瓷料65～70wt％，其中金属料由90～95wt％的奥氏体超低碳不锈钢粉末和5～10wt％的粘结剂组成，所述陶瓷料由40～50wt％的β‑碳化硅、20～25wt％的β‑氧化铝和25～40wt％的粘结剂组成。本发明专利技术克服了单相碳化硅脆性大、难烧结、加工性能差等缺陷，使本发明专利技术的碳化硅基复合陶瓷材料兼具陶瓷的耐磨耐腐蚀性能和金属的高韧性和优异加工性能。由于本发明专利技术的碳化硅基复合陶瓷材料的流动性较好，适于造粒并可快速注塑成型复杂形状的制品或粉碎成用于热压成型的粉料。

SU-304L Metal Reinforced Silicon Carbide Matrix Composite Ceramics and Its Masterbatch Preparation

The invention relates to a SU 304L metal reinforced silicon carbide-based composite ceramic material, which contains 30-35wt% metal material and 65-70wt% ceramic material. The metal material consists of 90-95wt% austenitic ultra-low carbon stainless steel powder and 5-10wt% binder. The ceramic material consists of 40-50wt% silicon carbide, 20-25wt% alumina and 25-40wt% alumina. % Composition of binder. The invention overcomes the defects of large brittleness, difficult sintering and poor processing performance of single-phase silicon carbide, and makes the silicon carbide-based composite ceramic material of the invention have both the wear and corrosion resistance of ceramics and the high toughness and excellent processing performance of metals. Because the silicon carbide based composite ceramic material of the invention has good fluidity, it is suitable for granulating and rapid injection moulding complex shaped products or crushing into powder for hot pressing moulding.

【技术实现步骤摘要】
SU-304L金属增强的碳化硅基复合陶瓷材料及其母粒的制备方法
本专利技术涉及陶瓷材料
，具体涉及一种奥氏体超低碳不锈钢增强的碳化硅基复合陶瓷材料及其母粒的制备方法。
技术介绍
碳化硅陶瓷材料具有高温强度大、高温抗氧化性强、耐磨损性能好、热稳定性佳、热膨胀系数小、热导率大、硬度高、抗热震和耐化学腐蚀等优良特性，在汽车、机械化工、环境保护、空间技术、信息电子、能源等领域有着日益广泛的应用，已经成为一种在很多工业领域性能优异的其他材料不可替代的结构陶瓷。尽管碳化硅陶瓷具有超硬耐磨，低密度(3.20g/mm3)，耐腐蚀，导热率高等特点，但单相的碳化硅陶瓷具有烧结温度非常高(约2130℃)、能耗大、对设备要求苛刻、其制品脆性大、难以加工等实际生产的技术问题，导致碳化硅陶瓷制品部件难以低成本、工业化生产。目前，碳化硅陶瓷制品的烧结包括无压烧结、热压烧结、热等静压烧结和反应烧结，其中热压烧结只能制备出简单形状的碳化硅陶瓷制品，热等静压烧结可获得复杂形状的碳化硅陶瓷制品，但必须对素坯进行包封处理，所以很难实现工业化生产。无压烧结和反应烧结虽然可以制备出复杂形状的碳化硅陶瓷制品，但制品的高温性能(例如抗弯强度、韦布尔模数、弹性模量)都逊色于热压烧结和热等静压烧结的碳化硅制品。近年来,随着SiC陶瓷在石油、化工、机械、微电子、汽车、航空航天、钢铁、造纸、激光、核能及加工等工业领域的应用越来越广，对SiC陶瓷的综合性能要求越来越高。因此，本专利技术的目的是提供一种复合相碳化硅陶瓷材料，以克服单相碳化硅陶瓷韧性差、难烧结和加工性能差的问题。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题为了解决现有技术的上述问题，本专利技术提供一种SU-304L金属增强的碳化硅基复合陶瓷材料，用于克服单相碳化硅脆性大、难烧结、加工性能差等缺陷，使本专利技术的碳化硅基复合陶瓷材料兼具陶瓷的耐磨耐腐蚀性能和金属的高韧性和优异加工性能。此外，由于本专利技术的碳化硅基复合陶瓷材料的流动性较好，适于造粒，本专利技术还涉及一种碳化硅基复合陶瓷材料的母粒的制备方法，所述母粒可用于注塑成型复杂形状的制品或粉碎成用于热压成型的粉料。(二)技术方案为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：本专利技术提供一种SU-304L金属增强的碳化硅基复合陶瓷材料，所述复合陶瓷材料含有金属料30～35wt％和陶瓷料65～70wt％，其中金属料由90～95wt％的奥氏体超低碳不锈钢粉末和5～10wt％的粘结剂组成，所述陶瓷料由40～50wt％的β-碳化硅、20～25wt％的β-氧化铝和25～40wt％的粘结剂组成。作为本专利技术一个较佳实施例，其中，所述粘结剂含有聚甲醛POM、高密度量聚乙烯HDPE、乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA、聚乙烯蜡PE蜡及硬脂酸SA。优选地，按质量分数计，所述粘结剂含有：聚甲醛88％、高密度量聚乙烯7.5％、乙烯-醋酸乙烯共聚物2％、聚乙烯蜡1％及硬脂酸1.5％。作为本专利技术一个较佳实施例，其中，所述金属料中的奥氏体超低碳不锈钢粉末的粒径为7～15um。作为本专利技术一个较佳实施例，其中，所述陶瓷料中β-碳化硅的粒径为5～10um，β-氧化铝的粒径为3～5um。作为本专利技术一个较佳实施例，其中，所述复合材料含有金属料30～35wt％和陶瓷料65～70wt％；所述金属料中含有90～92wt％的奥氏体超低碳不锈钢粉末和8～10wt％的粘结剂；所述陶瓷料中含有50wt％的β-碳化硅、20～25wt％的β-氧化铝和25～30wt％的粘结剂。优选地，所述奥氏体超低碳不锈钢粉末的粒径为8～12um，β-碳化硅的粒径为5～7um、β-氧化铝的粒径为3～3.5um。本专利技术还提供一种SU-304L金属增强的碳化硅基复合陶瓷材料的母粒的制备方法，包括如下步骤:S1:陶瓷粉的制备：将β-碳化硅与β-氧化铝加入热水中，向热水中溶入陶瓷料预加粘结剂中的部分POM，一起转移至球磨机中，在水介质存在条件下球磨，并将球磨后的陶瓷粉干燥；S2:陶瓷料的制备：将干燥后的陶瓷粉与陶瓷料预加粘结剂的其余部分，一同加入混炼挤出机中混炼，挤出造粒；S3:金属料的制备：将奥氏体超低碳不锈钢粉末和金属料预加粘结剂一同加入混炼挤出机中混炼，挤出造粒；S4:按照陶瓷料和金属料的质量配比，加入混炼挤出机中混炼，挤出，得到用于注塑成型或制作细粉的SU-304L金属增强的碳化硅基复合陶瓷材料母粒。需说明的是，由于步骤S3和S1-S2没有必然的先后次序关系，以上步骤S3可先于步骤S1～S2进行或与步骤S1～S2并行。优选地，步骤S2～S4中，所述混炼温度为180～220℃，优选为190～210℃，更优选为200℃；所述挤出温度为150～170℃，优选为155～165℃，更优选为160℃。优选地，步骤S1中，所述球磨后的陶瓷粉是采用喷雾干燥机120℃喷出干燥。优选地，所述步骤S1中，向热水中溶入陶瓷料预加粘结剂中的部分POM，其质量占陶瓷料预加粘结剂总质量5～6％。(三)有益效果本专利技术的有益效果是：本专利技术以SUS-304L为增强相，制得一种碳化硅基复合陶瓷材料，兼具陶瓷的高腐蚀耐磨性能和金属的韧性和易加工性，从而克服单相碳化硅陶瓷材料烧结温度高、韧性差、不易加工的缺点。由于本专利技术的以SUS-304L为增强相的碳化硅基复合陶瓷材料中金属粉体分散均匀、且具有较好的流动性，适合造粒和利用母粒注塑快速成型复杂形状的生坯、成型生坯强度高(注塑生坯弯曲强度10-15mpa)、烧结温度低(约1300℃，比单相碳化硅低1000℃)、烧结不变形(线性收缩率仅为0.7％，传统陶瓷常为5-30％)、烧结制品兼具陶瓷的高耐腐蚀性及金属的韧性和可加工性(能够金属切削钻孔等机械加工)。综上所述，本专利技术的SU-304L金属增强的碳化硅基复合陶瓷材料是一种适合高效率、低能耗、工业化生产应用的复合陶瓷材料，特别适合于以碳化硅基复合陶瓷为基材的批量生产工艺中。附图说明图1为本专利技术的SU-304L金属增强的碳化硅基复合陶瓷材料的母粒的制备方法的流程示意图。具体实施方式为了更好的解释本专利技术，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本专利技术作详细描述。实施例1本实施例为单次生产SU-304L金属增强的碳化硅基复合陶瓷材料的母粒16KG，由以下质量百分比的原料组成：总质量配比：金属料30％，陶瓷料70％。金属料的质量配比：304L粉体92％，粘结剂8％，304L粉体粒径为8um。陶瓷料的质量配比：β-碳化硅50％，β-氧化铝20％，粘结剂30％，其中碳化硅粒径5um，氧化铝粒径3um。粘结剂的质量配比：POM88％，HDPE7.5％，EVA2％，PE蜡1％，SA1.5％。碳化硅基复合陶瓷材料的母粒的制备方法，结合图1所示为：步骤1：陶瓷粉制备：将β-碳化硅与β-氧化铝加入热水中，向热水中溶入陶瓷料预加粘结剂质量5％的POM，然后一同转移到球磨机中，在水介质存在下，600r/min下高速球磨4h，然后将球磨后的陶瓷粉经喷雾干燥机120℃喷出干燥。步骤2：陶瓷料制备：将喷雾干燥后的陶瓷粉，及陶瓷料预加粘结剂其余的部分加入混炼挤出机中，200℃混炼2h，160℃挤出造粒，备用。步骤3：金属料制备:将金属304L粉体及粘结剂加入混炼挤出机中，200℃混炼2h，160℃挤出造粒，备用。步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种SU‑304L金属增强的碳化硅基复合陶瓷材料，其特征在于，所述复合陶瓷材料含有金属料30～35wt％和陶瓷料65～70wt％，其中金属料由90～95wt％的奥氏体超低碳不锈钢粉末和5～10wt％的粘结剂组成，所述陶瓷料由40～50wt％的β‑碳化硅、20～25wt％的β‑氧化铝和25～40wt％的粘结剂组成。

【技术特征摘要】
1.一种SU-304L金属增强的碳化硅基复合陶瓷材料，其特征在于，所述复合陶瓷材料含有金属料30～35wt％和陶瓷料65～70wt％，其中金属料由90～95wt％的奥氏体超低碳不锈钢粉末和5～10wt％的粘结剂组成，所述陶瓷料由40～50wt％的β-碳化硅、20～25wt％的β-氧化铝和25～40wt％的粘结剂组成。2.根据权利要求1所述的一种SU-304L金属增强的碳化硅基复合陶瓷材料，其特征在于，所述粘结剂含有聚甲醛POM、高密度量聚乙烯HDPE、乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA、聚乙烯蜡PE蜡及硬脂酸SA。3.根据权利要求1或2所述的一种SU-304L金属增强的碳化硅基复合陶瓷材料，其特征在于，按质量分数计，所述粘结剂含有：聚甲醛88％、高密度量聚乙烯7.5％、乙烯-醋酸乙烯共聚物2％、聚乙烯蜡1％及硬脂酸1.5％。4.根据权利要求1或2所述的一种SU-304L金属增强的碳化硅基复合陶瓷材料，其特征在于，所述金属料中的奥氏体超低碳不锈钢粉末的粒径为7～15um。5.根据权利要求1或2所述的一种SU-304L金属增强的碳化硅基复合陶瓷材料，其特征在于，所述陶瓷料中β-碳化硅粒径为5～10um，β-氧化铝粒径为3～5um。6.根据权利要求1所述的一种SU-304L金属增强的碳化硅基复合陶瓷材料，其特征在于，所述复合材料含有金属料30～35wt％和陶瓷料65～70wt％；所述金属料中含有90～92wt％的奥氏体超低碳不锈钢粉末和8～10w...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁萍，黄琼，杨光辉，
申请(专利权)人：广东昭信照明科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44