一种陶瓷/铁基蜂窝构型复合材料的制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115846624A(43)申请公布日2023.03.28(21)申请号202310173322.5(22)申请日2023.02.28(71)申请人昆明理工大学地址650093云南省昆明市五华区学府路253号(72)发明人隋育栋蒋业华温放放侯占东(74)专利代理机构昆明隆合知识产权代理事务所(普通合伙)53220专利代理师龙燕(51)Int.Cl.B22D19/02(2006.01)B22D25/02(2006.01)B22F3/11(2006.01)B22F9/22(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图1页(54)发明名称一种陶瓷/铁基蜂窝构型复合材料的制备方法(57)摘要本发明公开一种陶瓷/铁基蜂窝构型复合材料的制备方法，属于金属基复合材料技术领域。本发明所述方法将九水硝酸铁与柠檬酸等制备的溶胶与水合二氧化钛、活性炭等制备的溶胶进行均匀混合，再经干燥、高温煅烧、焙烧、还原等工艺得到碳氮化钛陶瓷与铁的混合粉体，将混合粉体与粘结剂搅拌均匀后装入蜂窝结构模具的蜂窝壁中固化形成预制体，浇注钢铁熔体后即可获得碳氮化钛陶瓷增强铁基蜂窝构型复合材料。本发明中的碳氮化钛陶瓷在复合区的铁基体中均匀弥散分布，构型复合材料的蜂窝壁由硬度较高的复合区组成，能显著降低硬度较软的蜂窝孔受到的磨损作用，耐磨性较传统钢铁材料提高4倍以上，在冶金、矿山、建材等领域具有广阔的应用前景。CN115846624ACN115846624A权利要求书1/1页1.一种陶瓷/铁基蜂窝构型复合材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：（1）将九水硝酸铁溶于柠檬酸溶液中，并控制溶液中九水硝酸铁和柠檬酸的比例，然后将混合溶液放入水浴锅中进行恒温加热，得到溶胶①；（2）在水合二氧化钛溶液中加入纳米活性炭，经过高速搅拌后将混合溶液放入水浴锅中进行恒温加热，得到溶胶②；（3）将步骤（1）得到的溶胶①与步骤（2）得到的溶胶②按比例混合均匀，经真空干燥处理后得到混合凝胶；（4）将步骤（3）得到的混合凝胶置于氮气中高温煅烧，再经过焙烧处理获得碳氮化钛和氧化铁的混合粉体，然后将其放入还原炉中通过还原气体还原得到碳氮化钛和铁的混合粉体；（5）将步骤（4）得到的混合粉体与粘结剂搅拌均匀后装入蜂窝结构模具的蜂窝壁中固化形成预制体，浇注钢铁熔体后即可获得碳氮化钛陶瓷增强铁基蜂窝构型复合材料。2.根据权利要求1所述一种陶瓷/铁基蜂窝构型复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述硝酸铁和柠檬酸的摩尔比为1:(0.6~1.2)。3.根据权利要求1或2所述一种陶瓷/铁基蜂窝构型复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述水浴锅的加热条件为：60‑90℃，加热8‑12h。4.根据权利要求1所述一种陶瓷/铁基蜂窝构型复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述水合二氧化钛和纳米活性炭的摩尔比为1:(0.8~1.2)，纳米活性炭的粒度为10‑30nm。5.根据权利要求1或4所述一种陶瓷/铁基蜂窝构型复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述水浴锅的加热条件为：40‑70℃，加热4‑8h。6.根据权利要求1所述一种陶瓷/铁基蜂窝构型复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述溶胶①中Fe离子与溶胶②中的Ti离子的摩尔比为1:(0.02~0.4)。7.根据权利要求1所述一种陶瓷/铁基蜂窝构型复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中干燥条件为：在真空干燥箱中于100‑150℃，干燥14‑20h。8.根据权利要求1所述一种陶瓷/铁基蜂窝构型复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中煅烧和焙烧条件为：氮气氛下1400‑1600℃煅烧2‑4h，空气气氛下800‑1000℃焙烧3‑5h。9.根据权利要求1所述一种陶瓷/铁基蜂窝构型复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中还原过程所用还原气体为氢气，还原炉的温度为600‑800℃，氢气流量为1.0‑2.0m3/h，时间为4‑6h。10.根据权利要求1所述一种陶瓷/铁基蜂窝构型复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（5）中粘结剂为聚乙烯醇、乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物、淀粉糊中任意一种；粘结剂与碳氮化钛和铁混合粉体的摩尔比为(0.02~0.04):1；固化条件为：在保温箱中于90‑130℃，固化6‑10h。2CN115846624A说明书1/5页一种陶瓷/铁基蜂窝构型复合材料的制备方法技术领域[0001]本发明涉及一种陶瓷/铁基蜂窝构型复合材料的制备方法，属于金属基复合材料技术领域。背景技术[0002]在矿山、冶金、建材等领域中，板锤、锤头、磨辊等耐磨件需要材料具有较高的力学和抗磨料磨损性能。陶瓷/钢铁基蜂窝构型复合材料具有可设计度高、耐磨性好、成本较低等优点，已成为装备制