一种氮化钛基复合陶瓷材料及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113149658A(43)申请公布日2021.07.23(21)申请号202110468978.0(22)申请日2021.04.28(71)申请人武汉理工大学地址430070湖北省武汉市洪山区珞狮路122号(72)发明人王为民何强龙田仕田田王爱阳郭文超(74)专利代理机构湖北武汉永嘉专利代理有限公司42102代理人张惠玲(51)Int.Cl.C04B35/58(2006.01)C04B35/622(2006.01)C04B35/645(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图3页(54)发明名称一种氮化钛基复合陶瓷材料及其制备方法(57)摘要本发明涉及一种氮化钛基复合陶瓷材料，按质量百分比计，其制备原料包括以下组分：氮化钛粉88.70–97.44％，无定型硼粉2.56–11.30％；其制备方法包括以下步骤：1)按配比称取各原料粉体；2)将称取的原料粉体通过球磨机进行行星球磨混合；将球磨好的料浆进行旋转蒸发，放至真空干燥箱中干燥，过筛得到混合粉体；3)将混合粉体置于石墨模具中在真空热压烧结炉中进行反应热压烧结。本发明避免了现有技术采用TiN、TiB2和hBN原料粉体直接混合的过程，有利于实现各组分之间的均匀分散，三元复合陶瓷物相中的TiB2和hBN通过原位反应合成，具有良好的界面状态，颗粒尺寸细小，比表面积大，烧结活性高，能够在相对较低的温度、压力条件下实现材料的致密化，有利于材料综合性能的提高。CN113149658ACN113149658A权利要求书1/1页1.一种氮化钛基复合陶瓷材料，其特征在于，按质量百分比计，其制备原料包括以下组分：氮化钛粉88.70–97.44％，无定型硼粉2.56–11.30％；其制备方法包括以下步骤：1)按配比称取各原料粉体；2)将称取的原料粉体通过球磨机进行行星球磨混合；将球磨好的料浆进行旋转蒸发，放至真空干燥箱中进行干燥，过筛得到混合粉体；3)将混合粉体置于石墨模具中在真空热压烧结炉中进行反应热压烧结，获得氮化钛‑硼化钛‑氮化硼三元复合陶瓷。2.根据权利要求要求1所述氮化钛基复合陶瓷材料，其特征在于，所述氮化钛粉体的平均粒径为2–10μm，纯度为99.5％；无定型硼粉的平均粒径为0.9μm，纯度不小于95％。3.根据权利要求1所述氮化钛基复合陶瓷材料，其特征在于，所述行星球磨的工艺条件为：球磨罐为聚四氟乙烯罐，磨球为SiC球，SiC球与原料的球料比为5:1，球磨机的转速为300转/分，球磨时间为2h，球磨介质为无水乙醇。4.根据权利要求1所述氮化钛基复合陶瓷材料，其特征在于，所述反应热压烧结的工艺条件为：施加10MPa压力，真空度保持在40Pa以下，以10–20℃/min的升温速率升温至1400℃，保温15min，充入氩气保护，再以10℃/min的升温速率升温至设定的烧结温度，同时施加的压力匀速升至30MPa，保温保压30min，自然冷却至室温，即可获得致密的氮化钛基复合陶瓷材料。5.根据权利要求4所述氮化钛基复合陶瓷材料，其特征在于，所述烧结温度为1500–1600℃。2CN113149658A说明书1/5页一种氮化钛基复合陶瓷材料及其制备方法技术领域[0001]本发明涉及陶瓷材料技术领域，更具体地说，涉及一种氮化钛基复合陶瓷材料及其制备方法。背景技术[0002]氮化钛(TiN)有着良好的耐磨性，硬度大，且化学稳定性良好；硼化钛(TiB2)的硬度大，弹性模量高，且导热和导电性能良好。因此，氮化钛‑硼化钛复合陶瓷在切削工具、喷气发动机零部件和防护板材等结构材料方面具有广阔的应用前景。然而，由于熔点高、自扩散系数低，使得块状的氮化钛和硼化钛材料难以烧结致密化，从而限制了氮化钛‑硼化钛复合陶瓷的性能。六方氮化硼(hBN)具有层状结构，其层内硼原子和氮原子的强共价结合使其具有优异的导热性能、抗热震性能和良好的化学稳定性；因此本领域技术人员认为在氮化钛‑硼化钛复合陶瓷中引入hBN将极大地改善材料的机械加工性能和热学性能。[0003]现有技术有关TiN‑TiB2‑hBN复合陶瓷制备的报道中，以TiN、TiB2和hBN粉体为原料，采用放电等离子烧结方式进行烧结，在1973K、100MPa的条件下可以制备得到相对密度为96–97％的复合陶瓷；采用该方法虽然降低了烧结温度，但是难以获得致密的产物以及实现各组分之间的均匀分散，从而无法获得综合性能优异的氮化钛基复合陶瓷。[0004]故，现有技术具有较大的改进空间。发明内容[0005]本发明的目的是为了弥补现有技术的不足，提出一种氮化钛基复合陶瓷材料及其制备方法。[0006]为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：[0007]一种氮化钛基复合陶瓷材料，按质量百分比计，其制备原