專利名稱：：應(yīng)用聚乙烯亞胺作為碳氮化鈦基金屬陶瓷混料分散劑的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于碳氮化鈦基金屬陶瓷制備領(lǐng)域，具體涉及將聚乙烯亞胺作為碳氮化鈦基金屬陶瓷分散劑的方法。
背景技術(shù)：
：Ti(C，N)基金屬陶瓷性能優(yōu)異，目前晶粒細化是提高其性能的主要發(fā)展方向之一。為了得到細晶粒Ti(C，N)基金屬陶瓷，所用原料粉末的粒徑越來越小。由于粉末粒徑減小增大了其表面能，在混料介質(zhì)中(常用介質(zhì)是無水乙醇)粉末顆粒之間容易發(fā)生團聚，一旦形成團聚體，將對壓制成型、燒結(jié)過程帶來不良影響，從而導(dǎo)致產(chǎn)品性能的下降。因此，要獲得高性能Ti(C，N)基金屬陶瓷，必須克服粉末顆粒的團聚問題。目前，克服團聚的有效途徑之一是將粉末分散在介質(zhì)中，通過調(diào)節(jié)體系的pH、加入分散劑，并施以超聲波或其它方法，使其在分散介質(zhì)中高度分散而使各組分均勻混合。目前，金屬陶瓷常用的分散劑為聚乙二醇(PEG)，其優(yōu)點是使用方便，脫脂殘留少，對真空系統(tǒng)無影響；缺點是成型性能不理想，吸濕性較強，所需壓制壓力較大。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是要提供一種應(yīng)用聚乙烯亞胺(PEI)作為碳氮化鈦基金屬陶瓷分散劑的方法。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的應(yīng)用聚乙烯亞胺作為碳氮化鈦基金屬陶瓷混料分散劑的方法，在制備碳氮化鈦基金屬陶瓷過程中在原料球磨混料時，按混料粉末質(zhì)量的0.0351.50%加入聚乙烯亞胺，并控制料漿的pH在67之間得到最佳分散環(huán)境，完成混料作業(yè)。本發(fā)明提供的應(yīng)用聚乙烯亞胺作為碳氮化鈦基金屬陶瓷分散劑的方法，以聚乙烯亞胺(PEI)作為分散劑，主要是利用其在固液界面上的吸附作用，形成一吸附層來阻礙顆粒間的相互接觸，改變粉末顆粒的荷電性質(zhì)和空間位阻效應(yīng)，從而改善體系的分散性；在壓制過程中，吸附的PEI包覆在粉末顆粒表面，起到了潤滑劑和成型劑的作用，改善壓坯密度分布不均勻性；由于混料過程多組分分散性的改善，得到的燒結(jié)體顯微組織均勻，孔隙率降低，機械性能升高。下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。圖1是放置24h后，添加0.035wt%PEI、0.035wt%PEG和未加分散劑的Ti(C，N)基金屬陶瓷混合粉末在無水乙醇中的沉降照片。圖2分別是0.035wt^聚乙烯亞胺(PEI)和0.035wt^聚乙二醇(PEG)添加量下，Ti(C，N)基金屬陶瓷混合粉末在無水乙醇中分散時料漿的流變曲線。3圖3是添加PEI的Ti(C，N)基金屬陶瓷燒結(jié)制品的孔隙率的掃描電子顯微鏡二次電子模式成像圖片。圖4是未添加PEI的Ti(C，N)基金屬陶瓷燒結(jié)制品的孔隙率的掃描電子顯微鏡二次電子模式成像圖片。圖5是添加PEI的Ti(C，N)基金屬陶瓷燒結(jié)制品組織的掃描電子顯微鏡背散射模式成像圖片。圖6是未添加PEI的Ti(C，N)基金屬陶瓷燒結(jié)制品組織的掃描電子顯微鏡背散射模式成像圖片。具體實施例方式實例1:按照表1配制0.5075g金屬陶瓷混合粉末，加入20mL無水乙醇，分別加入混合粉末0.0350wt^的聚乙烯亞胺(PEI)和聚乙二醇(PEG)。將配置在燒杯中的料漿在超聲波生化儀中振蕩20min，迅速倒入25ml量筒內(nèi)，進行沉降觀察。通過觀察粉末的沉降情況來定性地評定分散性的好壞，沉降現(xiàn)象不明顯，散性越好，料漿穩(wěn)定；反之，料漿不穩(wěn)定。圖1是放置24h后，添加0.0350wt%PEI、0.0350wt%PEG和未加分散劑的Ti(C，N)基金屬陶瓷混合粉末在無水乙醇中的沉降照片。從圖1中可以看出，PEI能夠極大地改善料漿的分散性，加入PEI后料漿十分穩(wěn)定，放置24h后，沒有明顯的沉降現(xiàn)象發(fā)生，外觀表現(xiàn)為深黑色懸濁體；加入PEG和沒加分散劑的料漿，均發(fā)生了明顯的沉降，外觀表現(xiàn)為透明液體，分散性差。表2列出了放置24h后，添加PEI、PEG和未加分散劑的Ti(C，N)基金屬陶瓷混合粉末的沉降體積。表ITi(C，N)基金屬陶瓷各組分粉末的粒徑及含量<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>表2Ti(C，N)基金屬陶瓷混合粉末的沉降體積<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>實例2:按照表1配制0.5075g金屬陶瓷混合粉末，加入20mL無水乙醇，分別加入混合粉末0.0350wt%的PEI或PEG。將配置在燒杯中的料漿放入超聲波生化儀中振蕩20min，迅速倒入HBDV-II+Pro旋轉(zhuǎn)粘度計的適配器內(nèi)測定料漿的粘度，通過粘度測定來評定分散性的好壞，粘度越小，分散性越好，反之，分散性越差。圖2在是0.0350wt%PEI和0.0350wt%PEG添加量下，混合粉末在無水乙醇中分散時料漿的流變曲線。從圖中可以看出，在相同添加量下，添加PEI的體系的粘度要明顯低于加PEG的體系，PEI的分散效果優(yōu)于PEG。實例3:按照表1成分比配制金屬陶瓷混合粉末進行球磨，以無水乙醇為球磨介質(zhì)，添加1.1628wt%PEI，用甲酸調(diào)節(jié)pH至6.5，球料比為5:1，轉(zhuǎn)速為160r/min，球磨時間48h。料漿干燥研磨后，在200MPa的壓制力下壓制成型，隨后經(jīng)脫脂、燒結(jié)成最終制品。表3列出了添加分散劑PEI和未添加分散劑的壓坯密度。由于PEI可在壓制過程中起到潤滑劑的作用，添加PEI有效地提高樣坯的密度，增幅約為2.9%。表3Ti(C，N)基金屬陶瓷壓坯的密度<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表4列出了添加分散劑PEI和未添加分散劑的制備的Ti(C，N)基金屬陶瓷試樣的抗彎強度?？箯潖姸鹊臏y定遵循GB3851-83。添加PEI后，粉末分散性得到較大改善，壓坯密度提高，燒結(jié)出的試樣的抗彎強度明顯高于未添加PEI的試樣，提高幅度約為24.5%。表4Ti(C，N)基金屬陶瓷燒結(jié)體的抗彎強度<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>圖3和圖4分別是添加PEI和未添加PEI的燒結(jié)體表面孔隙率觀察圖片。圖片為500倍的掃描電子顯微鏡二次電子成像照片。試樣制備經(jīng)預(yù)磨、拋光，800倍光學(xué)金相顯微鏡下觀察無劃痕。由圖片觀察可知，添加PEI的試樣幾乎無孔隙，完全致密，而沒有添加PEI的孔隙率為0.44%(體積百分數(shù))。可見，混料時添加的PEI提高了制備的Ti(C，N)基金屬陶瓷的致密度。圖5和圖6分別是添加PEI和未添加PEI制備的Ti(C，N)基金屬陶瓷的組織。添加PEI的硬質(zhì)相粒徑分布均勻，而未添加PEI的硬質(zhì)相粒徑分布非常寬，最大粒徑大于添加PEI的硬質(zhì)相粒徑，組織雜亂。PEI有效地改善了混合粉末的分散性，制備的Ti(C，N)基金屬陶瓷顯微組織均勻。權(quán)利要求應(yīng)用聚乙烯亞胺作為碳氮化鈦基金屬陶瓷混料分散劑的方法，其特征在于按混料粉末質(zhì)量的0.035～1.50％加入聚乙烯亞胺，完成混料作業(yè)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用聚乙烯亞胺作為碳氮化鈦基金屬陶瓷混料分散劑的方法，其特征在于在制備碳氮化鈦基金屬陶瓷過程中在原料球磨混料時，控制料漿的pH在67之間。全文摘要一種應(yīng)用聚乙烯亞胺作為碳氮化鈦基金屬陶瓷混料分散劑的方法，在碳氮化鈦基金屬陶瓷混合粉末球磨時按粉末的0.035wt％～1.1628wt％加入PEI，并控制料漿的pH在6～7之間得到最佳分散環(huán)境。通過沉降觀察比較采用PEI作分散劑能顯著提高TiN-TiC-Mo-C混合粉末在無水乙醇介質(zhì)中的超聲波和球磨混合時的分散性。添加相同質(zhì)量百分比的PEI和PEG制備的料漿，前者比后者粘度低。添加和未添加PEI混料制備的Ti(C，N)基金屬陶瓷相比較，前者壓坯密度增加，燒結(jié)體孔隙率降低，顯微組織均勻，抗彎強度上升。文檔編號C22C29/04GK101775515SQ201010102228公開日2010年7月14日申請日期2010年1月26日優(yōu)先權(quán)日2010年1月26日發(fā)明者豐平,張曉明,李曉賀,趙玉玲申請人:三峽大學(xué)