本发明专利技术涉及一种硼化锆－碳化钨钛自润滑复合陶瓷材料的制备方法。本发明专利技术是在ＺｒＢ２基体中添加（Ｗ，Ｔｉ）Ｃ固溶体和ＺｒＯ２粉末，以ＭｇＯ为助烧剂，在真空环境下采用热压烧结技术制备。引入（Ｗ，Ｔｉ）Ｃ固溶体可以使基体相ＺｒＢ２与增强相（Ｗ，Ｔｉ）Ｃ形成较好的骨架结构，添加ＺｒＯ２是利用其相变特性以提高复合陶瓷材料的韧性。添加ＭｇＯ助烧剂来降低ＺｒＢ２的烧结温度，从而获得致密度更高的材料。利用硼化锆－碳化钨钛自润滑复合陶瓷材料在高温摩擦作用下的化学反应，可实现该复合材料的自润滑功能。本发明专利技术具有高硬度、高抗弯强度和高断裂韧性等特点，适合于制备金属切削刀具、模具、喷嘴等。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属工程材料
，特别涉及一种硼化锆-碳化钨钛自润滑复合陶瓷材 料的制备方法。
技术介绍
ZrB2是六方晶系的C32准金属结构化合物，它具有高熔点、高硬度、高稳定性以及 良好的导电、导热性和抗化学腐蚀性，因此在耐火材料、喷嘴、切削刀具和模具行业有很大 的发展前景。此外，2沖2具有良好的中子控制能力，可用于核工业。但由于&B2陶瓷材料自 身烧结致密化较困难，抗弯强度、断裂韧性较低的缺陷限制了它的应用范围，常常因破损而 失效。为了改善&B2陶瓷的力学性能，Melendez-Martinez开发了 &B2/Ni复合陶瓷材料，断 裂韧性可达到2. 8 3. 5MPa ·πιν2，抗弯强度可达到351 371MPa，但仍然不能满足很多工 禾呈需求(Journal of the European Ceramic Society, 2002，22 :2543_2549)。Monteverde 的研究表明在&B2陶瓷材料中加入SiC可以改善其超高温下(1200°C 1600°C )的性 能，但常温下的断裂韧性仍然比较低，仅为3. 3 4. OMPa · mV2 (Materials Science and Engineering A, 2008,485 =415-421) &B2属于含硼系列陶瓷，在摩擦高温(800°C IOOO0C )驱动下能生成溶解有其它元素的硼的氧化物润滑膜，可以实现自润滑，是一种很 好的自润滑材料(Acta Materialia，2007，55 =5999-6010) 0然而，断裂韧性较低的缺陷，明 显地限制了 &B2陶瓷材料在实际生产中的应用。最近研究表明(W，Ti)C的加入可以有效 提高复合陶瓷材料的抗弯强度和断裂韧性，明显改善其力学性能。Al2O3/(W，Ti) C复合材料， 断裂韧性和抗弯强度分别达到6. 55MPa. m1/2和840MPa，相对于Al2O3单相陶瓷，其断裂韧性 和抗弯强度分别提高了 91. 5%和124. 5% (中国机械工程，2009，(22) 2751-2754)。因此， 在&化陶瓷基体中引入(W，Ti) C相复合可进一步改善工程陶瓷材料的综合力学性能，扩大 其应用范围。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种具有高强度、高韧性的硼 化锆_碳化钨钛自润滑复合陶瓷材料的制备方法。本专利技术是通过以下方式实现的。本专利技术的一种硼化锆_碳化钨钛自润滑复合陶瓷材料制备方法，该材料主要包括 ZrB2, (W，Ti) C和&02，其特征是通过以下方法制备(1)初次球磨工艺先分别将&B2原料和(W，Ti) C原料以无水乙醇为介质湿式球 磨100小时，然后在150°c下用真空干燥箱干燥24h后过筛，得到较均勻的细化粉末；(2)配料、搅拌及二次球磨工艺以初次细化的&B2作为基体材料，(W，Ti) C为强 化相，ZrO2*增韧相，添加MgO助烧剂；各组分的体积百分比为ZrB245. 2 82. 1%, (W,Ti) C 10. 0 50. 0%，ZrO2 3. 8 6. 9%，MgO 1.0% ；将配置好的混合原料倒入以无水乙醇为 介质的烧杯中，超声波振荡搅拌30分钟，混合料以无水乙醇为介质湿式球磨200小时，在150°C下用真空干燥箱干燥24h后过筛，得到适于烧结的均勻细化复合粉末；(3)热压烧结将混合好的复合粉末装如高强石墨模具中，然后在真空环境下热 压烧结，烧结温度范围为1700 1800°C，压力为30MPa，保温时间为30 35分钟。通过以上步骤，可制得粒度分布均勻、硬度高、具有高抗弯强度和断裂韧性的硼化 锆-碳化钨钛复合陶瓷材料。引入(W，Ti)C固溶体可以使基体相&4与增强相(W，Ti)/ C相互穿插、包裹，形成较好的骨架结构，从而提高复合材料的抗弯强度和断裂韧性；添加 ZrO2主要是利用其相变特性实现强韧化机理，以达到提高&B2陶瓷的韧性；添加MgO助烧 剂来降低&B2的烧结温度，从而获得致密度更高的材料。利用硼化锆_碳化钨钛自润滑复 合陶瓷材料在高温摩擦作用下的化学反应，在材料表面生成具有润滑作用的反应膜，可实 现该复合材料的自润滑功能。硼化锆_碳化钨钛自润滑复合陶瓷材料适合于制成对高温及 耐磨性要求较高的金属切削刀具、模具和喷嘴等。具体实施例方式下面给出本专利技术的实施例。实施例一先分别将&B2原料和(W，Ti)C原料以无水乙醇为介质分别湿式球磨 100小时，然后在150°C下用真空干燥箱干燥24h后过筛，得到较均勻的细化粉末。以初次 细化的&B2作为基体材料，(W，Ti) C为强化相，ZrO2为增韧相，添加MgO助烧剂；各组分的 体积百分比为:ZrB263. 0%, (W, Ti)C 30. 5%,Zr025 . 5%,MgO 1.0%。将配置好的混合原料 倒入以无水乙醇为介质的烧杯中，超声波振荡搅拌30分钟，防止材料团聚。混合料以无水 乙醇为介质湿式球磨200小时，在150°C下用真空干燥箱干燥24h后过筛，得到适于烧结的 均勻细化的复合粉末。将混合好的复合原料粉末装如高强石墨模具中，采用真空环境和热 压烧结工艺，烧结温度为1800°C，压力为30MPa，保温时间为35分钟。实施例二 先分别将&B2原料和(W，Ti)C原料以无水乙醇为介质分别湿式球磨 100小时，然后在150°C下用真空干燥箱干燥24h后过筛，得到较均勻的细化粉末。以初次 细化的&B2作为基体材料，(W，Ti) C为强化相，ZrO2为增韧相，添加MgO助烧剂；各组分的 体积百分比为:ZrB254. 4%, (W, Ti) C 40. 0%, Zr024. 5% ,MgO 1.0%。将配置好的混合原料 倒入以无水乙醇为介质的烧杯中，超声波振荡搅拌30分钟，防止材料团聚。混合料以无水 乙醇为介质湿式球磨200小时，在150°C下用真空干燥箱干燥24h后过筛，得到适于烧结的 均勻细化的复合粉末。将混合好的复合原料粉末装如高强石墨模具中，采用真空环境和热 压烧结工艺，烧结温度为1750°C，压力为30MPa，保温时间为32分钟。实施例三先分别将&B2原料和(W，Ti)C原料以无水乙醇为介质分别湿式球磨 100小时，然后在150°C下用真空干燥箱干燥24h后过筛，得到较均勻的细化粉末。以初次 细化的&B2作为基体材料，(W，Ti) C为强化相，ZrO2为增韧相，添加MgO助烧剂；各组分的 体积百分比为:ZrB245. 2%, (W, Ti) C 50. 0%, Zr023 . 8% ,MgO 1.0%。将配置好的混合原料 倒入以无水乙醇为介质的烧杯中，超声波振荡搅拌30分钟，防止材料团聚。混合料以无水 乙醇为介质湿式球磨200小时，在150°C下用真空干燥箱干燥24h后过筛，得到适于烧结的 均勻细化的复合粉末。将混合好的复合原料粉末装如高强石墨模具中，采用真空环境和热 压烧结工艺，烧结温度为1700°C，压力为30MPa，保温时间为30分钟。采用上述工艺制备的硼化锆_碳化钨钛自润滑复合陶瓷材料具有粒度细小且分布均本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种硼化锆－碳化钨钛自润滑复合陶瓷材料的制备方法，该材料主要包括ＺｒＢ２、（Ｗ，Ｔｉ）Ｃ和ＺｒＯ↓［２］，其特征是通过以下方法制备： （１）初次球磨工艺：先分别将ＺｒＢ２原料和（Ｗ，Ｔｉ）Ｃ原料以无水乙醇为介质湿式球磨１００小时，然后在１５０℃下用真空干燥箱干燥２４ｈ后过筛，得到较均匀的细化粉末； （２）配料、搅拌及二次球磨工艺：以初次细化的ＺｒＢ２作为基体材料，（Ｗ，Ｔｉ）Ｃ为强化相，ＺｒＯ↓［２］为增韧相，添加ＭｇＯ助烧剂；各组分的体积百分比为：ＺｒＢ２４５．２～８２．１％，（Ｗ，Ｔｉ）Ｃ－１０．０～５０．０％，ＺｒＯ↓［２］－３．８～６．９％，ＭｇＯ－１．０％。将配置好的混合原料倒入以无水乙醇为介质的烧杯中，超声波振荡搅拌３０分钟；混合料以无水乙醇为介质湿式球磨２００小时，在１５０℃下用真空干燥箱干燥２４ｈ后过筛，得到适于烧结的均匀细化复合粉末； （３）热压烧结：将混合好的复合粉末装如高强石墨模具中，然后在真空环境下热压烧结，烧结温度范围为１７００～１８００℃，压力为３０ＭＰａ，保温时间为３０～３５分钟。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李彬，邓建新，连云崧，王红，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：88[中国|济南]
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