專利名稱：一種金屬陶瓷的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無機(jī)材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種金屬陶瓷的制備方法。
背景技術(shù)：
金屬陶瓷是金屬與陶瓷共同組成的一種復(fù)合材料，它具有優(yōu)良的力學(xué)性能，在工業(yè)上有著廣泛的應(yīng)用。目前，金屬陶瓷主要通過粉末冶金或真空浸滲的方法進(jìn)行制備。粉末冶金法是將金屬和陶瓷粉末均勻混合后，進(jìn)行長時(shí)間高溫?zé)Y(jié)。真空浸滲法是通過感應(yīng)加熱爐、電阻熔煉爐等加熱設(shè)備將金屬熔化，在真空狀態(tài)下使金屬熔體浸滲到多孔陶瓷坯體中。這兩種方法都需要通過外部加熱手段進(jìn)行長時(shí)間熱處理，生產(chǎn)周期長，能耗較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是利用鋁熱反應(yīng)原位生成金屬熔體，并使金屬熔體在超重力場作用下滲入到多孔陶瓷坯體中，從而提供一種最終能夠形成致密的金屬陶瓷的制備方法。本發(fā)明的金屬陶瓷的制備方法包括以下步驟:(I)配制鋁熱反應(yīng)劑將Al粉和MxOy粉末混合均勻的一種以上的混合物料充分干燥，配制成鋁熱反應(yīng)劑；其中，Al粉和MxOy粉末按照Al:Mx0y=2y:3的摩爾比混合，2y中的y為每摩爾MxOy中所含的氧原子的總摩爾數(shù)；Mx0yR表金屬氧化物，選自Ni O、Fe2O3、Cr2O3、CrO3、MoO3、WO3中的一種；(2)超重力場中熔滲將步驟(I)配制好的鋁熱反應(yīng)劑壓制成孔隙率為45%彡孔隙率彡65%的壓塊，然后置于多孔陶瓷坯體上后一起放入石墨坩堝內(nèi)，在超重力場中引發(fā)鋁熱反應(yīng)劑發(fā)生劇烈的燃燒反應(yīng)，反應(yīng)完成后，得到的產(chǎn)物自然分離為兩層(上層為氧化鋁，下層為金屬陶瓷)，除去上層的氧化鋁，得到的下層即為所述的金屬陶瓷。所得到的金屬陶瓷的相對致密度不低于 95%。所述的多孔陶瓷坯體的孔隙率為10% <孔隙率< 80%。所述的多孔陶瓷坯體的孔徑優(yōu)選為0.5 500 μ m。所述的在超重力場中引發(fā)鋁熱反應(yīng)劑發(fā)生劇烈的燃燒反應(yīng)，是采用鎢絲通電的加熱方式引發(fā)鋁熱反應(yīng)劑發(fā)生劇烈的燃燒反應(yīng)。 所述的超重力場是通過高速離心產(chǎn)生，其加速度為2000 50000m/s2。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的制備方法不需使用外部加熱設(shè)備進(jìn)行長時(shí)間熱處理，可顯著縮短金屬陶瓷的制備周期，并可大幅度降低能耗。
具體實(shí)施例方式為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明不應(yīng)視為僅局限于下面的實(shí)施例。實(shí)施例1.
將Al粉和NiO粉末按照Al:Ni0=2:3的摩爾比混合均勻并充分干燥，制得鋁熱反應(yīng)劑；將鋁熱反應(yīng)劑壓制成孔隙率為55%的壓塊，然后置于孔隙率為60%的平均孔徑為
3μ m的WC多孔陶瓷坯體上后一起放入石墨坩堝內(nèi)；在加速度為10000m/S2的高速離心所產(chǎn)生的超重力場中采用鎢絲通電的加熱方式引發(fā)鋁熱反應(yīng)劑發(fā)生劇烈的燃燒反應(yīng)；反應(yīng)完成后，得到的產(chǎn)物自然分離為兩層，上層為氧化鋁，下層為金屬陶瓷，除去上層的氧化鋁，即得WC/Ni金屬陶瓷。使用分析天平，依據(jù)阿基米德法進(jìn)行測試表明，所制備的WC/Ni金屬陶瓷的相對致密度為98%。實(shí)施例2.
將Al粉和Fe2O3粉末按照Al:Fe203=2:1的摩爾比混合均勻并充分干燥，制得鋁熱反應(yīng)劑；將鋁熱反應(yīng)劑壓制成孔隙率為45%的壓塊，然后置于孔隙率為10%的平均孔徑為500 μ m的TiC多孔陶瓷坯體上后一起放入石墨坩堝內(nèi)；在加速度為2000m/s2的高速離心所產(chǎn)生的超重力場中采用鎢絲通電的加熱方式引發(fā)鋁熱反應(yīng)劑發(fā)生劇烈的燃燒反應(yīng)；反應(yīng)完成后，得到的產(chǎn)物自然分離為兩層，上層為氧化鋁，下層為金屬陶瓷，除去上層的氧化鋁，即得TiC/Fe金屬陶瓷。使用分析天平，依據(jù)阿基米德法進(jìn)行測試表明，所制備的TiC/Fe金屬陶瓷的相對致密度為95%。實(shí)施例3.
將Al 粉和Cr2O3粉末按照Al: Cr203=2:1的摩爾比混合均勻并充分干燥，制得鋁熱反應(yīng)劑；將鋁熱反應(yīng)劑壓制成孔隙率為65%的壓塊，然后置于孔隙率為80%的平均孔徑為
0.5 μ m的TiN多孔陶瓷坯體上后一起放入石墨坩堝內(nèi)；在加速度為50000m/s2的高速離心所產(chǎn)生的超重力場中采用鎢絲通電的加熱方式引發(fā)鋁熱反應(yīng)劑發(fā)生劇烈的燃燒反應(yīng)；反應(yīng)完成后，得到的產(chǎn)物自然分離為兩層，上層為氧化鋁，下層為金屬陶瓷，除去上層的氧化鋁，即得TiN/Cr金屬陶瓷。使用分析天平，依據(jù)阿基米德法進(jìn)行測試表明，所制備的TiN/Cr金屬陶瓷的相對致密度為99%。實(shí)施例4.
將Al粉和CrO3粉末按照Al: Cr03=2:1的摩爾比混合，將Al粉和MoO3粉末按照Al:Mo03=2:1的摩爾比混合，將Al粉和WO3粉末按照Al: W03=2:1的摩爾比混合；將上述混合均勻的三種物料按照相同的重量份混合在一起并充分干燥，配制成鋁熱反應(yīng)劑；將得到的鋁熱反應(yīng)劑壓制成孔隙率為50%的壓塊，然后置于孔隙率為50%的平均孔徑為25 μ m的TiC-TiB2多孔陶瓷坯體上后一起放入石墨坩堝內(nèi)；在加速度為5000m/s2的高速離心所產(chǎn)生的超重力場中采用鎢絲通電的加熱方式引發(fā)鋁熱反應(yīng)劑發(fā)生劇烈的燃燒反應(yīng)；反應(yīng)完成后，得到的產(chǎn)物自然分離為兩層，上層為氧化鋁，下層為金屬陶瓷，除去上層的氧化鋁，即得TiC-TiB2/Cr-Mo-W金屬陶瓷。使用分析天平，依據(jù)阿基米德法進(jìn)行測試表明，所制備的TiC-TiB2/Cr-Mo-ff金屬陶瓷的相對致密度為96%。
權(quán)利要求
1.一種金屬陶瓷的制備方法，其特征是，所述的制備方法包括以下步驟: (1)配制鋁熱反應(yīng)劑 將Al粉和MxOy粉末混合均勻的一種以上的混合物料充分干燥，配制成鋁熱反應(yīng)劑；其中，Al粉和MxOy粉末按照Al:Mx0y=2y:3的摩爾比混合，2y中的y為每摩爾MxOy中所含的氧原子的總摩爾數(shù)眞(\代表金屬氧化物，選自Ni O、Fe2O3、Cr2O3、CrO3、MoO3、WO3中的一種； (2)超重力場中熔滲 將步驟(I)配制好的鋁熱反應(yīng)劑壓制成孔隙率為45% <孔隙率< 65%的壓塊，然后置于多孔陶瓷坯體上后一起放入石墨坩堝內(nèi)，在超重力場中引發(fā)鋁熱反應(yīng)劑發(fā)生燃燒反應(yīng)，反應(yīng)完成后，得到的產(chǎn)物自然分離為兩層，除去上層的氧化鋁，得到的下層為所述的金屬陶瓷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是:所述的金屬陶瓷的相對致密度不低于95%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是:所述的多孔陶瓷坯體的孔隙率為10%≤孔隙率≤80%O
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是:所述的在超重力場中引發(fā)鋁熱反應(yīng)劑發(fā)生燃燒反應(yīng)，是采用鎢絲通電的加熱方式引發(fā)鋁熱反應(yīng)劑發(fā)生燃燒反應(yīng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的制備方法，其特征是:所述的超重力場是通過高速離心產(chǎn)生，其加速度為2000 50000m/s2。
全文摘要
本發(fā)明屬于無機(jī)材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種金屬陶瓷的制備方法。本發(fā)明利用鋁熱反應(yīng)原位生成金屬熔體，并使金屬熔體在超重力場作用下滲入多孔陶瓷坯體中，最終形成致密的金屬陶瓷。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的制備方法不需使用外部加熱設(shè)備進(jìn)行長時(shí)間熱處理，可顯著縮短金屬陶瓷的制備周期，并大幅度降低能耗。
文檔編號C22C1/10GK103074534SQ20131002491
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月23日
發(fā)明者李江濤, 劉光華, 楊增朝, 柴豫, 李國斌 申請人:中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所, 大連漢頓工業(yè)有限公司