一种高导热率金属陶瓷材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种高导热率金属陶瓷材料及其制备方法和应用，属于金属陶瓷材料技术领域。金属陶瓷材料包含多孔碳氮化钛基陶瓷颗粒、镍钴金属粘结相和氮化硅晶须，其中，多孔碳氮化钛基陶瓷颗粒中陶瓷相包括WC、Mo2C、TaC、NbC、Cr3C2和Ti(C,N)，其制备方法是将金属氧化物原料与炭黑经过球磨混合、造粒和碳氮化处理，得到多孔碳氮化钛基陶瓷颗粒，再进一步与氮化硅晶须、镍粉、钴粉和炭黑经过混合、压制和烧结，即得高导热率金属陶瓷材料，其在保持出色的抗氧化性能及高温尺寸稳定性的同时，也具有高的导热率，特别适合于用金属陶瓷均热板，能够为曲面玻璃热弯提供更高的生产效率及生产稳定性。产稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种高导热率金属陶瓷材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种金属陶瓷材料，具体涉及一种用于手机曲面玻璃热弯加工均热板的高导热率金属陶瓷材料，还涉及其制备方法，属于金属陶瓷材料


技术介绍

[0002]随着信息化、智能化的发展，玻璃视窗的市场规模及产品质量迅速发展。其中3D曲面玻璃及非球面曲面玻璃其较为复杂的形状赋予了玻璃特殊的应用功能，能够使得显示窗口更加饱满，具有良好的视觉效果，在手机等消费电子行业及安防、监控和汽车自动驾驶等需要成像的领域摄像头等方面，有着广泛应用。目前这些形状复杂的玻璃成形主要通过冷加工和热成形等工艺，其中，热成形技术是目前先进非球面玻璃制备技术，其投入小、工序短、生产效率高，但同时技术难度大，精度要求难以把握。玻璃的热弯工艺主要依托于玻璃热弯机，而产品的精度直接决定于玻璃热弯过程中受到压力及温度的均匀性。均热板是给玻璃的模具直接施压及传力的关键零部件，需要把前端不均匀的压力及传热重新均匀传递给模具及玻璃，其传热及传力的均匀性直接影响最终生产制品的质量。
[0003]在目前热弯玻璃机设备中，均热板材质常采用WC基硬质合金加涂层，但在使用中存在问题：WC本身抗氧化性能差，容易在板材表面产生氧化物颗粒，影响均热板的传热及传力，因为需要表面进行抗氧化涂层，但一方面抗氧化涂层厚度薄，在使用过程中常被磨损，另一方面因为成本涂层只涂覆顶面，而底面与加热板接触面未涂层，高温时两板间空隙会导致均热板背面产生大量的氧化物颗粒。因而WC基硬质合金加涂层均热板使用寿命短，长时间高温使用过程中稳定性差，生产的玻璃制品稳定性难以保证。而碳氮化钛基金属陶瓷具有出色的抗氧化性及热稳定性，作为玻璃热弯机均热板能够长时间保持高的尺寸精度。
[0004]但与此相对的，金属陶瓷材料由于Ti(C,N)本身导热系数低于WC，作为均热板时导热系数相对较低，因而在对传热速率及均匀性要求较高的热弯玻璃均热板应用中，难以满足其部分高要求机台的需求。综上所述，因而亟需找到一种导热性优良、抗氧化性出色且高温工况中尺寸稳定的新型均热板材料。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中曲面玻璃热弯用硬质合金均热板存在抗氧化性能差、寿命低、尺寸均匀性差，而金属陶瓷均热板导热率低、温度均匀性相对较差等技术问题，本专利技术的目的是在于提供一种高导热率金属陶瓷材料，其在保持出色的抗氧化性能及高温尺寸稳定性的同时，也具有高的导热率，特别适合于用金属陶瓷均热板，能够为曲面玻璃热弯提供更高的生产效率及生产稳定性。
[0006]本专利技术的另一个目的是在于提供一种高导热率金属陶瓷材料的制备方法，该制备方法简单，成本低，条件易控，有利于工业化生产。
[0007]本专利技术的第三个目的是在于提供一种高导热率金属陶瓷材料的应用，基于其优异的抗氧化性能、高温稳定性及高导热率，将其用于金属陶瓷均热板，能够为曲面玻璃热弯提
供更高的生产效率及生产稳定性。
[0008]为了实现上述技术目的，本专利技术提供了一种高导热率金属陶瓷材料，其包含多孔碳氮化钛基陶瓷颗粒、金属粘结相和氮化硅晶须；所述金属粘结相包括镍和钴；所述多孔碳氮化钛基陶瓷颗粒中陶瓷相包括WC、Mo2C、TaC、NbC、Cr3C2和Ti(C,N)。
[0009]本专利技术提供的高导热率金属陶瓷材料主要包括多孔碳氮化钛基陶瓷颗粒、金属粘结相及氮化硅晶须，通过优化陶瓷相成分使其本身具有较高的导热率，且赋予其出色的抗氧化性能，同时通过引入氮化硅晶须，不但可以提高其导热率，而且可以作为增强相，改善其力学强度。
[0010]作为一个优选的方案，所述多孔碳氮化钛基陶瓷颗粒的粒度为100～300μm。通过优化多孔碳氮化钛基陶瓷颗粒的粒度，有利于金属粘结相在多孔碳氮化钛基陶瓷颗粒之间形成连续态，具有高平均自由程的粘结相为热量传递提供了充分的途径。同时采用多孔碳氮化钛基陶瓷颗粒有利于金属粘结相渗入孔隙中以提高陶瓷颗粒与金属粘结相之间的结合强度。
[0011]作为一个优选的方案，所述氮化硅晶须的直径为2～5μm，长度为20～50μm。
[0012]作为一个优选的方案，所述金属粘结相的颗粒尺寸为1～3μm。
[0013]作为一个优选的方案，所述高导热率金属陶瓷材料中，多孔碳氮化钛基陶瓷颗粒的质量占比为65～75％，氮化硅晶须的质量占比为0.5～2％，其余为金属粘结相。高导热率金属陶瓷材料中具有更高的金属粘结相含量，金属粘结相本身具有较高的导热率，且可以在多孔碳氮化钛基陶瓷颗粒间形成连续态，为热量传递提供了充分的途径。
[0014]作为一个优选的方案，所述多孔碳氮化钛基陶瓷颗粒中各陶瓷相质量占比为：WC 25～35％，Mo2C 2～5％，TaC 0.5～3％，NbC 0.5～3％，Cr3C
2 0.5～2％，其余为Ti(C,N)。其中，WC、Mo2C用于提升碳氮化钛陶瓷颗粒与金属粘结相之间的润湿性，提升界面结合强度，TaC、NbC是为了提升材料高温硬度及高温强度，Cr3C2是为了细化晶粒和耐高温腐蚀。
[0015]作为一个优选的方案，所述金属粘结相有钴和镍按照质量比(3～5):(5～7)组成。单独用钴和镍作为金属粘结相时，其润湿性和抗氧化性不足，同时使用下强度和抗氧化性都有提升。
[0016]本专利技术还提供了一种高导热率金属陶瓷材料的制备方法，其包括以下步骤：
[0017]1)将包含氧化钛、氧化钨、氧化钼、氧化钽、氧化铌、氧化铬与炭黑在内的原料经过球磨混合、造粒和碳氮化处理，得到多孔碳氮化钛基陶瓷颗粒；
[0018]2)将多孔碳氮化钛基陶瓷颗粒与氮化硅晶须、镍粉、钴粉和炭黑经过混合、压制和烧结，即得。
[0019]作为一个优选的方案，所述球磨的条件为：球料比为(5～8):1；球磨的转速为200～300r/min，球磨的时间为36～60h。所述球磨可以采用湿式球磨，对于所用球磨机不受限定，如可以采用滚筒球磨机或行星球磨机，由于滚筒球磨机出料量多，优选采用滚筒球磨机进行球磨。
[0020]作为一个优选的方案，步骤1)中，炭黑加入量要根据氧化物的配比，应为氧化物中氧元素总量的原子量的(230～270)％。
[0021]作为一个优选的方案，所述碳氮化处理的条件为：以5～10℃/min的升温速率进行升温，先在真空环境下，升温至在1300℃，再在压力为0.5～2MPa的氮气环境下升温至1400
℃～1600℃，保温0.5～1.5h后，再在真空环境下，保温20～40min，再进行冷却。碳氮化处理采用了三段烧结工艺，第一段真空烧结，主要是为了促进金属氧化物碳化，第二段真空烧结，是为了在较低温度及短时间内，使得碳氧化物被氮化，产生碳氮化物，第三段真空烧结，是为了防止存在未反应完全的炭黑，该过程中伴随着二氧化碳及氧化氮气体的排出，进一步打通粒子的孔结构通道，有利于提升后期烧结粘结相的连续性。优选的真空环境气压低于10Pa。
[0022]作为一个优选的方案，所述造粒可选择压力喷雾造粒、离心喷雾造粒、滚筒造粒及擦筛造粒本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高导热率金属陶瓷材料，其特征在于：包含多孔碳氮化钛基陶瓷颗粒、金属粘结相和氮化硅晶须；所述金属粘结相包括镍和钴；所述多孔碳氮化钛基陶瓷颗粒中陶瓷相包括WC、Mo2C、TaC、NbC、Cr3C2和Ti(C,N)。2.根据权利要求1所述的一种高导热率金属陶瓷材料，其特征在于：所述多孔碳氮化钛基陶瓷颗粒的粒度为100～300μm；所述氮化硅晶须的直径为2～5μm，长度为20～50μm；所述金属粘结相的颗粒尺寸为1～3μm。3.根据权利要求1或2所述的一种高导热率金属陶瓷材料，其特征在于：所述高导热率金属陶瓷材料中，多孔碳氮化钛基陶瓷颗粒的质量占比为65～75％，氮化硅晶须的质量占比为0.5～2％，其余为金属粘结相。4.根据权利要求3所述的一种高导热率金属陶瓷材料，其特征在于：所述多孔碳氮化钛基陶瓷颗粒中各陶瓷相质量占比为：WC 25～35％，Mo2C 2～5％，TaC0.5～3％，NbC 0.5～3％，Cr3C
2 0.5～2％，其余为Ti(C,N)。5.根据权利要求3所述的一种高导热率金属陶瓷材料，其特征在于：所述金属粘结相由钴和镍按照质量比(3～5):(5～7)组成。6.根据权利要求1～5任一项所述的一种高导热率金属陶瓷材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1)将包含氧化钛、氧化钨、...

【专利技术属性】
技术研发人员：康希越，陈帅鹏，谢丰伟，袁紫仁，冯路利，
申请(专利权)人：长沙市萨普新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：