一种耐磨陶瓷的制备方法及其产品技术

本发明专利技术属于耐磨陶瓷技术领域，具体涉及一种耐磨陶瓷的制备方法及其产品。所述制备方法包括以下步骤：(1)将TiC粉、W粉、Mo粉、Zr粉、Hf粉和Si粉按照一定的摩尔比称取，然后将称取的原料放入球磨罐中进行球磨，(2)球磨结束后，将得到的混合物料进行干燥，然后加入质量分数为5％的聚乙烯醇水溶液造粒，将造粒的粉体通过压片机预成型后再压制成胚体，将所得的胚体在马弗炉中排胶，然后于烧结，然后在在一定温度下保温处理，然后随炉冷却至室温得到陶瓷。所述耐磨陶瓷的硬度Hv为14.5～15.4GPa，抗弯强度为460～480MPa，磨损率为3.1

【技术实现步骤摘要】
一种耐磨陶瓷的制备方法及其产品


[0001]本专利技术属于耐磨陶瓷
更具体地，涉及一种耐磨陶瓷的制备方法及其产品。

技术介绍

[0002]陶瓷材料具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、重量轻等很多优点，在能源、冶金、航天航空、石油化工等领域有着广泛的应用前景。MAX相陶瓷作为一种新型的三元层状陶瓷，具有高温塑性、高温强度、耐腐蚀性、抗氧化、抗热震性、本征非脆性等优良特性，所以MAX相陶瓷成为下一代气冷堆、铅冷堆和新型压水堆的候选使用的核材料。
[0003]MAX相陶瓷作为一种新型的三元层状陶瓷，由于其具有金属和陶瓷两者结合才有的性能，引起了人们的极大关注。其中M是过渡金属(Ti、Zr、Nb、Cr、Ni等)，A是IIIA或IVA元素(应用最为广泛的是Al跟Si)，X是碳或氮。因为具有低密度、高模量、高强度、高导电性和导热性、良好耐热冲击和抗热震性及易加工性等特点，这些陶瓷在高温结构材料领域具有很大的应用潜力。主要的MAX相陶瓷有Ti3AlC2、Ti3SiC2、Ti2AlC、Nb4AlC3或Cr2AlC等；作为最典型的MAX相之一，Ti3SiC2陶瓷的微观结构、机械性能、耐高温氧化性、耐腐蚀性、摩擦磨损性能等已被广泛研究。
[0004]Ti3SiC2摩擦系数和磨损率随着温度升高，呈现出相似的变化趋势。适中的温度可以使该类材料在拥有最低磨损率的同时，也有着相对较低的摩擦系数，从而减少材料的磨损，延长服役寿命。因此，可以从初始制备粉末配比入手，研究不同粉末配比制得的复合材料在常用工作环境温度下的损耗，这对于材料制备厂商制备高性能复合材料，从而在使役温度条件下长久服役有着很重要的商用意义。
[0005]Zhang R等以Ti3SiC2和PbO粉末为原料制备了Ti3SiC2/Pb复合材料，研究了PbO含量对复合材料力学性能和摩擦学性能的影响.结果显示，复合材料的显微硬度、抗弯强度、压缩强度分别达到7GPa、80MPa、1645MPa，均高于单相Ti3SiC2材料.同时，PbO的加入提升了Ti3SiC2的耐磨性，随着PbO含量的增加材料的磨损率由2.9
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‑3mm3/N
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m降至7.9
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‑5mm3/N
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m。
[0006]CN111875382A公开了一种耐磨特种陶瓷的制备方法及其产品。该陶瓷是通过按照原料配比进行混合，球磨，干燥，压制成型，烧结得到W和Nb共掺杂Ti3SiC2陶瓷材料，通过W和Nb的掺杂能够显著提高Ti3SiC2的硬度和抗弯强度，降低磨损率，使其具有硬度Hv为13.2～14.3GPa，抗弯强度为430～450MPa，磨损率为8.1
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‑5～8.5
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‑5，本专利技术的制备方法简单，性能优异，是用于制备汽车刹车盘的理想材料。
[0007]虽然上述研究对Ti3SiC2陶瓷性能有一定的提升，但是提升的并不是很理想，特别是对于硬度和耐磨性的领域，仍不能满足实际的需求，因而急需开发一种新的改性方法来提高硬度、抗弯强度的同时降低磨损率，，仍是目前急需解决的问题。

技术实现思路

[0008]本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术中存在的缺陷和不足，提供一种耐磨陶瓷的制备方法及其产品。所述制备方法包括以下步骤：(1)将TiC粉、W粉、Mo粉、Zr粉、Hf粉和Si粉按照一定的摩尔比称取，然后将称取的原料放入球磨罐中进行球磨，(2)球磨结束后，将得到的混合物料进行干燥，然后加入质量分数为5％的聚乙烯醇水溶液造粒，将造粒的粉体通过压片机预成型后再压制成胚体，将所得的胚体在马弗炉中排胶，然后于烧结，然后在在一定温度下保温处理，然后随炉冷却至室温得到陶瓷。所述耐磨陶瓷的硬度Hv为14.5～15.4GPa，抗弯强度为460～480MPa，磨损率为3.1
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‑5～3.5
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‑5。本专利技术的制备方法简单，性能优异，是用于实际应用的理想材料。
[0009]本专利技术的目的是提供一种耐磨陶瓷的制备方法。
[0010]本专利技术另一目的是提供一种耐磨陶瓷。
[0011]本专利技术上述目的通过以下技术方案实现：
[0012]一种耐磨陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
[0013](1)将TiC粉、W粉、Mo粉、Zr粉、Hf粉和Si粉按照一定的摩尔比称取，然后将称取的原料放入球磨罐中进行球磨，
[0014](2)球磨结束后，将得到的混合物料进行干燥，然后加入质量分数为5％的聚乙烯醇水溶液造粒，将造粒的粉体通过压片机预成型后再压制成胚体，将所得的胚体在马弗炉中排胶，然后于烧结，然后在在一定温度下保温处理，然后随炉冷却至室温得到陶瓷。
[0015]优选的，在步骤(1)中，所述TiC粉、W粉、Mo粉、Zr粉、Hf粉和Si粉的质量纯度均大于99.1％。
[0016]优选的，在步骤(1)中，所述TiC粉、W粉、Mo粉、Zr粉、Hf粉和Si粉摩尔比为2：a：b：c：d：1
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a
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b
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c
‑
d：1.2，其中a＝0.05～0.10；b＝0.05～0.10；c＝0.1～0.2：d＝0.1～0.2。
[0017]优选的，在步骤(1)中，所述球磨介质为甲醇和乙醇的混合物，所述甲醇与乙醇的摩尔比为3～5:1；所述球磨时间为4～8h，转速为250～350r/min。
[0018]优选的，在步骤(2)中，所述干燥为于90～110℃下干燥8～12h，所述压制成胚体的压力为20MPa～30MPa。
[0019]优选的，在步骤(2)中，所述排胶为在200～300℃排胶1～2h，在400℃～500℃排胶1～2h，在600～750℃排胶1～2h。
[0020]优选的，在步骤(2)中，所述烧结为于1550～1650℃下烧结4～8h，所述保温处理为在1200～1300℃保温处理2～4h。
[0021]优选的，在步骤(2)中，所述排胶过程的升温速率为3～5℃/min，所述烧结过程的升温速率为6～10℃/min。
[0022]基于上述所述的一种耐磨陶瓷的制备方法制备的耐磨陶瓷。
[0023]优选的，所述耐磨陶瓷的硬度Hv为14.5～15.4GPa，抗弯强度为460～480MPa，磨损率为3.1
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‑5～3.5
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‑5。
[0024]本专利技术具有以下有益效果：
[0025](1)本专利技术通过W、Mo、Zr和Hf四种元素的掺杂，并利用组分之间的协同作用促进Ti3SiC2陶瓷材料的硬度和抗弯强度得到显著的提高，而且具有较低的磨损率，且相对于低于四种元素的改性得到明显的改善。
[0026](2)本专利技术通过梯度排胶，促进了陶瓷致密性得到显著提高，进而改性了Ti3SiC2陶瓷材料的性能。
[0027](3)本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐磨陶瓷的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将TiC粉、W粉、Mo粉、Zr粉、Hf粉和Si粉按照一定的摩尔比称取，然后将称取的原料放入球磨罐中进行球磨，(2)球磨结束后，将得到的混合物料进行干燥，然后加入质量分数为5％的聚乙烯醇水溶液造粒，将造粒的粉体通过压片机预成型后再压制成胚体，将所得的胚体在马弗炉中排胶，然后于烧结，然后在在一定温度下保温处理，然后随炉冷却至室温得到陶瓷。2.根据权利要求1所述的一种耐磨陶瓷的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述TiC粉、W粉、Mo粉、Zr粉、Hf粉和Si粉的质量纯度均大于99.1％。3.根据权利要求1所述的一种耐磨陶瓷的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述TiC粉、W粉、Mo粉、Zr粉、Hf粉和Si粉摩尔比为2：a：b：c：d：1
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a
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b
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c
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d：1.2，其中a＝0.05～0.10；b＝0.05～0.10；c＝0.1～0.2：d＝0.1～0.2。4.根据权利要求1所述的一种耐磨陶瓷的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述球磨介质为甲醇和乙醇的混合物，所述甲醇与乙醇的摩尔比为3～5:1；所述球磨时间为4～...

【专利技术属性】
技术研发人员：李金凤，
申请(专利权)人：李金凤，
类型：发明
国别省市：