CN107216161A - 一种新型耐高温金属陶瓷复合材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于高温耐火材料制造技术领域，提供了一种新型耐高温金属陶瓷复合材料及制备方法，所述新型耐高温金属陶瓷复合材料包括如下重量份数的组分：碳化硅22‑46份、三氧化二镍18‑35份、氧化锆纤维5‑15份、二氧化钍3‑8份、氧化铯6‑12份、二硼化钒4‑10份、活性氧化铝3‑5份、鳞片石墨3‑9份、粘结剂0.1‑4份。本发明提供的一种新型耐高温金属陶瓷复合材料，该复合材料配方加入碳化硅、活性氧化铝、鳞片石墨、氧化锆纤维，上述原料发挥各自的耐高温等方面的优越性能，再结合其他组分，使得制备的金属陶瓷复合材料获得突出的耐高温性能，最高耐热温度达1500℃。

Description

一种新型耐高温金属陶瓷复合材料及制备方法

技术领域

本发明属于高温耐火材料制造技术领域，具体地，涉及一种新型耐高温金属陶瓷复合材料及制备方法。

背景技术

为了使陶瓷既可以耐高温又不容易破碎，人们在制作陶瓷的粘土里加了些金属粉，因此制成了金属陶瓷。金属基金属陶瓷是在金属基体中加入氧化物细粉制得，又称弥散增强材料。广义的金属陶瓷还包括难熔化合物合金、硬质合金、金属粘结的金刚石工具材料。金属陶瓷中的陶瓷相是具有高熔点、高硬度的氧化物或难熔化合物，金属相主要是过渡元素（铁、钴、镍、铬、钨、钼等）及其合金。金属陶瓷材料的耐热特性，决定了金属陶瓷材料的特定用途，现有技术制备的金属陶瓷复合材料，包括陶瓷粉、粘合剂等，具有较高的耐热特性，但是其耐热的特性仍有待提高。

因此，需要研发一种更加耐高温的新型金属陶瓷复合材料及其制备方法。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种新型耐高温金属陶瓷复合材料及制备方法。

根据本发明的一个方面提供一种新型耐高温金属陶瓷复合材料，所述新型耐高温金属陶瓷复合材料包括如下重量份数的组分：碳化硅22-46份、三氧化二镍18-35份、氧化锆纤维5-15份、二氧化钍3-8份、氧化铯6-12份、二硼化钒4-10份、活性氧化铝3-5份、鳞片石墨3-9份、粘结剂0.1-4份。

优选地，所述碳化硅的制备方法如下：

（1）称取碳化硅并进行研磨，研磨后采用水力分级锥形筒对碳化硅进行分选，得到半固态的碳化硅粉；

（2）将（1）中获得的半固态的碳化硅粉烘干，烘干温度为60-80℃，烘干时间为50-60s；

（3）将烘干后的碳化硅粉经过管道送入超声波振动筛装置中，碳化硅粉经过振动后抖落在收集器中，即可。

优选地，所述（3）中超声波振动筛的振动频率为50Hz。

优选地，所述活性氧化铝的比表面为280-360m²/g。

优选地，所述鳞片石墨的粒度为205-600μm，碳含量为95-99％。

优选地，所述粘结剂为糠醛树脂。

本发明的另一个方面提供一种新型耐高温金属陶瓷复合材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

（1）按权利要求1的重量份数称量碳化硅、三氧化二镍、氧化锆纤维、二氧化钍、氧化铯、二硼化钒、活性氧化铝、鳞片石墨、粘结剂，备用；

（2）将（1）中各原料置于混合机中进行混合，混合至均一为止，得混合物；

（3）将混合物用球磨机进行球磨；

（4）将球磨后的混合物放在热压炉中进行高温压合，升温速率为45-60℃/min，炉内温度升高到720-780℃，在该温度下保温25-30min，保温后将升温速率改为30-35℃/min，继续升高热压炉内温度到1520-1600℃，烧结的时间为2-3.5h，烧结完成后进行冷却，即可。

优选地，所述冷却速度为35-50℃/min。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

（1）本发明提供的一种新型耐高温金属陶瓷复合材料，该复合材料配方加入碳化硅、活性氧化铝、鳞片石墨、氧化锆纤维，上述原料发挥各自的耐高温等方面的优越性能，再结合其他组分，使得制备的金属陶瓷复合材料获得突出的耐高温性能，最高耐热温度达1500℃；

（2）本发明提供的一种新型耐高温金属陶瓷复合材料，该复合材料配方中添加的活性氧化铝具有多孔结构，高比表面积，具备优良的热稳定性等特性，将其用于制备金属陶瓷复合材料，提高了复合材料的耐高温性。

（3）本发明提供的一种新型耐高温金属陶瓷复合材料，该复合材料配方中添加的鳞片石墨，其形似鱼磷状，属六方晶系，呈层状结构，片薄且韧性好，物化性能优异，具有良好的热传导性、导电性、抗热震性，耐腐蚀性等。在非氧化条件下，片状石墨具有极高的耐火性：鳞片石墨可在耐火材料晶粒和碳结合剂间形成细密的“缓冲带”，可吸收热应力。由于其的不润湿特性，能显著地提高金属陶瓷复合材料的热震稳定性，将其用于制备金属陶瓷复合材料，提高了复合材料的耐高温性。

（4）本发明提供的一种新型耐高温金属陶瓷复合材料，该复合材料配方中添加的碳化硅具有耐腐蚀、耐高温、高强度、导热性能良好、抗冲击性优异等特点。故而保证了金属陶瓷复合材料的高强度，耐高温性、高温耐磨性等要求。

（5）本发明提供的一种新型耐高温金属陶瓷复合材料，该复合材料配方中添加的糠醛树脂其结合强度高，树脂具有良好的成型性能，又有很好的韧性，且便于调整结构和性能，在高于1600℃的温度下仍能保持稳定，将其用作制备金属陶瓷复合材料的粘结剂，利于加工，且提高了复合材料的耐高温性。

（6）本发明提供的一种新型耐高温金属陶瓷复合材料，该复合材料配方中添加的氧化锆纤维通常应用在陶瓷烧结、金属冶炼、高温分解、半导体制造、石英熔融等领域，用来制造耐高于1500℃以上高温的超高温工业窑炉、超高温实验电炉和其他超高温加热装置等，还可作为高温过滤材料和高温反应催化剂载体。可见，氧化锆纤维在耐高温方面具有显著的效果，将其用于制备金属陶瓷复合材料，极大地提高了复合材料的耐高温性。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例1

本实施例提供的一种新型耐高温金属陶瓷复合材料，所述新型耐高温金属陶瓷复合材料包括如下重量份数的组分：碳化硅46份、三氧化二镍18份、氧化锆纤维15份、二氧化钍3份、氧化铯12份、二硼化钒4份、活性氧化铝5份、鳞片石墨3份、粘结剂4份。

其中，所述碳化硅的制备方法如下：

（1）称取碳化硅并进行研磨，研磨后采用水力分级锥形筒对碳化硅进行分选，得到半固态的碳化硅粉；

（2）将（1）中获得的半固态的碳化硅粉烘干，烘干温度为80℃，烘干时间为50s；

（3）将烘干后的碳化硅粉经过管道送入超声波振动筛装置中，碳化硅粉经过振动后抖落在收集器中，即可。

其中，所述（3）中超声波振动筛的振动频率为50Hz。

其中，所述活性氧化铝的比表面为360m²/g。

其中，所述鳞片石墨的粒度为600μm，碳含量为95％。

其中，所述粘结剂为糠醛树脂。

本发明的另一个方面提供一种新型耐高温金属陶瓷复合材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

（1）按权利要求1的重量份数称量碳化硅、三氧化二镍、氧化锆纤维、二氧化钍、氧化铯、二硼化钒、活性氧化铝、鳞片石墨、粘结剂，备用；

（2）将（1）中各原料置于混合机中进行混合，混合至均一为止，得混合物；

（3）将混合物用球磨机进行球磨；

（4）将球磨后的混合物放在热压炉中进行高温压合，升温速率为60℃/min，炉内温度升高到720℃，在该温度下保温30min，保温后将升温速率改为30℃/min，继续升高热压炉内温度到1600℃，烧结的时间为2h，烧结完成后进行冷却，所述冷却速度为50℃/min，即可。

实施例2

本实施例提供的一种新型耐高温金属陶瓷复合材料，所述新型耐高温金属陶瓷复合材料包括如下重量份数的组分：碳化硅22份、三氧化二镍35份、氧化锆纤维5份、二氧化钍8份、氧化铯6份、二硼化钒10份、活性氧化铝3份、鳞片石墨9份、粘结剂0.1份。

其中，所述碳化硅的制备方法如下：

（1）称取碳化硅并进行研磨，研磨后采用水力分级锥形筒对碳化硅进行分选，得到半固态的碳化硅粉；

（2）将（1）中获得的半固态的碳化硅粉烘干，烘干温度为60℃，烘干时间为60s；

（3）将烘干后的碳化硅粉经过管道送入超声波振动筛装置中，碳化硅粉经过振动后抖落在收集器中，即可。

其中，所述（3）中超声波振动筛的振动频率为50Hz。

其中，所述活性氧化铝的比表面为280m²/g。

其中，所述鳞片石墨的粒度为600μm，碳含量为95％。

其中，所述粘结剂为糠醛树脂。

本发明的另一个方面提供一种新型耐高温金属陶瓷复合材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

（1）按权利要求1的重量份数称量碳化硅、三氧化二镍、氧化锆纤维、二氧化钍、氧化铯、二硼化钒、活性氧化铝、鳞片石墨、粘结剂，备用；

（2）将（1）中各原料置于混合机中进行混合，混合至均一为止，得混合物；

（3）将混合物用球磨机进行球磨；

（4）将球磨后的混合物放在热压炉中进行高温压合，升温速率为45℃/min，炉内温度升高到780℃，在该温度下保温25min，保温后将升温速率改为35℃/min，继续升高热压炉内温度到1520℃，烧结的时间为3.5h，烧结完成后进行冷却，所述冷却速度为35℃/min，即可。

实施例3

本实施例提供的一种新型耐高温金属陶瓷复合材料，所述新型耐高温金属陶瓷复合材料包括如下重量份数的组分：碳化硅36份、三氧化二镍25份、氧化锆纤维11份、二氧化钍5份、氧化铯9份、二硼化钒7份、活性氧化铝4份、鳞片石墨7份、粘结剂3份。

其中，所述碳化硅的制备方法如下：

（1）称取碳化硅并进行研磨，研磨后采用水力分级锥形筒对碳化硅进行分选，得到半固态的碳化硅粉；

（2）将（1）中获得的半固态的碳化硅粉烘干，烘干温度为64℃，烘干时间为55s；

（3）将烘干后的碳化硅粉经过管道送入超声波振动筛装置中，碳化硅粉经过振动后抖落在收集器中，即可。

其中，所述（3）中超声波振动筛的振动频率为50Hz。

其中，所述活性氧化铝的比表面为290m²/g。

其中，所述鳞片石墨的粒度为400μm，碳含量为97％。

其中，所述粘结剂为糠醛树脂。

本发明的另一个方面提供一种新型耐高温金属陶瓷复合材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

（1）按权利要求1的重量份数称量碳化硅、三氧化二镍、氧化锆纤维、二氧化钍、氧化铯、二硼化钒、活性氧化铝、鳞片石墨、粘结剂，备用；

（2）将（1）中各原料置于混合机中进行混合，混合至均一为止，得混合物；

（3）将混合物用球磨机进行球磨；

（4）将球磨后的混合物放在热压炉中进行高温压合，升温速率为50℃/min，炉内温度升高到770℃，在该温度下保温28min，保温后将升温速率改为33℃/min，继续升高热压炉内温度到1600℃，烧结的时间为3.5h，烧结完成后进行冷却，所述冷却速度为40℃/min，即可。

性能测试：

本实施例1-3制备的金属陶瓷复合材料最高耐热温度分别为1400℃、1460℃、1500℃，而普通的复合材料最高耐热温度仅为1100℃。由此可见，本发明的金属陶瓷复合材料具有突出的耐高温性。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种新型耐高温金属陶瓷复合材料，其特征在于：所述新型耐高温金属陶瓷复合材料包括如下重量份数的组分：碳化硅22-46份、三氧化二镍18-35份、氧化锆纤维5-15份、二氧化钍3-8份、氧化铯6-12份、二硼化钒4-10份、活性氧化铝3-5份、鳞片石墨3-9份、粘结剂0.1-4份。

2.根据权利要求1所述的新型耐高温金属陶瓷复合材料，其特征在于：所述碳化硅的制备方法如下：

（1）称取碳化硅并进行研磨，研磨后采用水力分级锥形筒对碳化硅进行分选，得到半固态的碳化硅粉；

（2）将（1）中获得的半固态的碳化硅粉烘干，烘干温度为60-80℃，烘干时间为50-60s；

（3）将烘干后的碳化硅粉经过管道送入超声波振动筛装置中，碳化硅粉经过振动后抖落在收集器中，即可。

3.根据权利要求2所述的新型耐高温金属陶瓷复合材料，其特征在于：所述（3）中超声波振动筛的振动频率为50Hz。

4.根据权利要求1所述的新型耐高温金属陶瓷复合材料，其特征在于：所述活性氧化铝的比表面为280-360m²/g。

5.根据权利要求1所述的新型耐高温金属陶瓷复合材料，其特征在于：所述鳞片石墨的粒度为205-600μm，碳含量为95-99％。

6.根据权利要求1所述的新型耐高温金属陶瓷复合材料，其特征在于：所述粘结剂为糠醛树脂。

7.如权利要求1-6任一项所述的新型耐高温金属陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于：所述方法具体如下：

（1）按权利要求1的重量份数称量碳化硅、三氧化二镍、氧化锆纤维、二氧化钍、氧化铯、二硼化钒、活性氧化铝、鳞片石墨、粘结剂，备用；

（2）将（1）中各原料置于混合机中进行混合，混合至均一为止，得混合物；

（3）将混合物用球磨机进行球磨；

（4）将球磨后的混合物放在热压炉中进行高温压合，升温速率为45-60℃/min，炉内温度升高到720-780℃，在该温度下保温25-30min，保温后将升温速率改为30-35℃/min，继续升高热压炉内温度到1520-1600℃，烧结的时间为2-3.5h，烧结完成后进行冷却，即可。

8.根据权利要求7所述的新型耐高温金属陶瓷复合材料，其特征在于：所述冷却速度为35-50℃/min。