本發(fā)明涉及金屬陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種改性金屬陶瓷材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的陶瓷材料具有較高強度，但抗沖擊性和韌性較差，在碰撞過程中很容易破碎，而傳統(tǒng)的金屬合金材料雖然具有良好的柔韌性，但強度不夠，與硬度較大的材料摩擦時，極易磨損，消耗大。金屬陶瓷,是一種由金屬或合金同一種或幾種陶瓷相所組成的非均質(zhì)的復(fù)合材料,其中后者約占15％～85％(體積),同時在制備的溫度下,金屬和陶瓷相之間的溶解度相當小。它既保持有陶瓷的高強度、高硬度、耐磨損、耐高溫、抗氧化和化學穩(wěn)定性等特性,又有較好的金屬韌性和可塑性,用途極其廣泛,幾乎涉及到國民經(jīng)濟的各個部門和現(xiàn)代技術(shù)的各個領(lǐng)域,是一類非常重要的工具材料和結(jié)構(gòu)材料，對工業(yè)的發(fā)展和生產(chǎn)率的提高起著重要的推動作用,因此，研制出高強度、高韌性的金屬陶瓷已成為材料研究領(lǐng)域中一個亟待解決的熱點問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對上述存在的問題，本發(fā)明提出了一種具有優(yōu)良韌性和硬度的改性金屬陶瓷材料及其制備方法。
為了實現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明采用以下的技術(shù)方案：
一種改性金屬陶瓷材料由以下質(zhì)量份數(shù)組成：二氧化鈦25-40份、氧化鋯25-35份、碳黑30-50份、硼化鈦20-25份、氧化鉬8-12份、氨基粘土14-20份、蛇紋石6-12份、金紅石10-16份、稀土氧化物7-15份、聚丙烯酸鈉4-9份。
優(yōu)選的，改性金屬陶瓷材料由以下質(zhì)量份數(shù)組成：二氧化鈦30-40份、氧化鋯28-35份、碳黑40-50份、硼化鈦22-25份、氧化鉬10-12份、氨基粘土15-20份、蛇紋石10-12份、金紅石14-16份、稀土氧化物10-15份、聚丙烯酸鈉6-9份。
優(yōu)選的，稀土氧化物包括氧化鈰、氧化釔、氧化鉭、氧化鈮。
優(yōu)選的，改性金屬陶瓷材料的制備方法，制備步驟如下：
1)按重量份稱取原料，將金紅石、蛇紋石研磨共混，過800目篩得混料一；
2)將二氧化鈦、氧化鋯、氧化鉬、碳黑加入球磨機中，球磨6-8h，再加入硼化鈦、混料一、聚丙烯酸鈉，球磨12-15h，最后將氨基粘土、稀土氧化物加入其中球磨5-6h，得混料二；
3)將混料二在350-450℃保溫2.5-3h，然后送入高溫熱壓爐中燒結(jié)，先第一階段升溫至1150-1250℃，保溫1.8-2h，然后第二階段升溫至1580-1620℃，保溫1.5-2h，冷卻至室溫即為金屬陶瓷材料。
優(yōu)選的，步驟2)中混料二的粒徑為0.5-0.6μm。
優(yōu)選的，步驟3)中燒結(jié)壓力為32-35MPa。
優(yōu)選的，步驟3)中第一階段升溫速度為11℃/min，第二階段升溫速度為12.5℃/min。
優(yōu)選的，步驟3)中第一階段、第二階段處于氮氣氛圍。
由于采用上述的技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明主要為碳氮化物基陶瓷材料，添加了硼系陶瓷材料和粘合相，配合稀土氧化物和表面活性劑改性，顯著提高了制備的改性金屬陶瓷材料的強度和韌性，制得的改性金屬陶瓷材料抗彎強度為1250-1380MPa，斷裂韌性為9.6-13.5MPa·m1/2，沖擊韌性為15.6-19.2J/cm2，抗壓強度為290-345MPa，實用性更強，適用范圍廣。
具體實施方式
為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述?；诒景l(fā)明的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
實施例1：
一種改性金屬陶瓷材料由以下質(zhì)量份數(shù)組成：二氧化鈦28份、氧化鋯26份、碳黑35份、硼化鈦24份、氧化鉬10份、氨基粘土15份、蛇紋石10份、金紅石10份、稀土氧化物10份、聚丙烯酸鈉4份。
改性金屬陶瓷材料的制備方法，制備步驟如下：
1)按重量份稱取原料，將金紅石、蛇紋石研磨共混，過800目篩得混料一；
2)將二氧化鈦、氧化鋯、氧化鉬、碳黑加入球磨機中，球磨6.2h，再加入硼化鈦、混料一、聚丙烯酸鈉，球磨14h，最后將氨基粘土、稀土氧化物加入其中球磨5.8h，得粒徑為0.55μm的混料二；
3)將混料二在350℃保溫2.8h，然后送入高溫熱壓爐中燒結(jié)，燒結(jié)壓力為33MPa，先第一階段升溫至1180℃，保溫1.9h，然后第二階段升溫至1590℃，保溫1.8h，冷卻至室溫即為金屬陶瓷材料。
實施例2：
一種改性金屬陶瓷材料由以下質(zhì)量份數(shù)組成：二氧化鈦33份、氧化鋯32份、碳黑42份、硼化鈦22份、氧化鉬12份、氨基粘土16份、蛇紋石11份、金紅石14份、稀土氧化物12份、聚丙烯酸鈉6份。
改性金屬陶瓷材料的制備方法，制備步驟如下：
1)按重量份稱取原料，將金紅石、蛇紋石研磨共混，過800目篩得混料一；
2)將二氧化鈦、氧化鋯、氧化鉬、碳黑加入球磨機中，球磨6.8h，再加入硼化鈦、混料一、聚丙烯酸鈉，球磨12.5h，最后將氨基粘土、稀土氧化物加入其中球磨5.4h，得粒徑為0.6μm的混料二；
3)將混料二在420℃保溫2.7h，然后送入高溫熱壓爐中燒結(jié)，燒結(jié)壓力為32MPa，先第一階段升溫至1200℃，保溫1.8h，然后第二階段升溫至1600℃，保溫2h，冷卻至室溫即為金屬陶瓷材料。
實施例3：
一種改性金屬陶瓷材料由以下質(zhì)量份數(shù)組成：二氧化鈦36份、氧化鋯35份、碳黑45份、硼化鈦23份、氧化鉬9份、氨基粘土20份、蛇紋石12份、金紅石15份、稀土氧化物14份、聚丙烯酸鈉8份。
改性金屬陶瓷材料的制備方法，制備步驟如下：
1)按重量份稱取原料，將金紅石、蛇紋石研磨共混，過800目篩得混料一；
2)將二氧化鈦、氧化鋯、氧化鉬、碳黑加入球磨機中，球磨7.5h，再加入硼化鈦、混料一、聚丙烯酸鈉，球磨13h，最后將氨基粘土、稀土氧化物加入其中球磨5.5h，得粒徑為0.58μm的混料二；
3)將混料二在430℃保溫2.5h，然后送入高溫熱壓爐中燒結(jié)，燒結(jié)壓力為32.5MPa，先第一階段升溫至1220℃，保溫1.8h，然后第二階段升溫至1610℃，保溫1.8h，冷卻至室溫即為金屬陶瓷材料。
實施例4：
一種改性金屬陶瓷材料由以下質(zhì)量份數(shù)組成：二氧化鈦30份、氧化鋯30份、碳黑48份、硼化鈦25份、氧化鉬8份、氨基粘土18份、蛇紋石8份、金紅石16份、稀土氧化物7份、聚丙烯酸鈉7份。
改性金屬陶瓷材料的制備方法，制備步驟如下：
1)按重量份稱取原料，將金紅石、蛇紋石研磨共混，過800目篩得混料一；
2)將二氧化鈦、氧化鋯、氧化鉬、碳黑加入球磨機中，球磨6h，再加入硼化鈦、混料一、聚丙烯酸鈉，球磨15h，最后將氨基粘土、稀土氧化物加入其中球磨5h，得粒徑為0.52μm的混料二；
3)將混料二在400℃保溫3h，然后送入高溫熱壓爐中燒結(jié)，燒結(jié)壓力為34MPa，先第一階段升溫至1250℃，保溫2h，然后第二階段升溫至1620℃，保溫1.6h，冷卻至室溫即為金屬陶瓷材料。
實施例5：
一種改性金屬陶瓷材料由以下質(zhì)量份數(shù)組成：二氧化鈦25份、氧化鋯28份、碳黑50份、硼化鈦20份、氧化鉬11份、氨基粘土14份、蛇紋石6份、金紅石12份、稀土氧化物9份、聚丙烯酸鈉5份。
改性金屬陶瓷材料的制備方法，制備步驟如下：
1)按重量份稱取原料，將金紅石、蛇紋石研磨共混，過800目篩得混料一；
2)將二氧化鈦、氧化鋯、氧化鉬、碳黑加入球磨機中，球磨7h，再加入硼化鈦、混料一、聚丙烯酸鈉，球磨14.8h，最后將氨基粘土、稀土氧化物加入其中球磨5.2h，得粒徑為0.5μm的混料二；
3)將混料二在380℃保溫2.6h，然后送入高溫熱壓爐中燒結(jié)，燒結(jié)壓力為35MPa，先第一階段升溫至1150℃，保溫2h，然后第二階段升溫至1600℃，保溫1.7h，冷卻至室溫即為金屬陶瓷材料。
實施例6：
一種改性金屬陶瓷材料由以下質(zhì)量份數(shù)組成：二氧化鈦40份、氧化鋯25份、碳黑30份、硼化鈦23份、氧化鉬10份、氨基粘土17份、蛇紋石7份、金紅石13份、稀土氧化物11份、聚丙烯酸鈉9份。
改性金屬陶瓷材料的制備方法，制備步驟如下：
1)按重量份稱取原料，將金紅石、蛇紋石研磨共混，過800目篩得混料一；
2)將二氧化鈦、氧化鋯、氧化鉬、碳黑加入球磨機中，球磨8h，再加入硼化鈦、混料一、聚丙烯酸鈉，球磨13.6h，最后將氨基粘土、稀土氧化物加入其中球磨6h，得粒徑為0.57μm的混料二；
3)將混料二在350℃保溫2.8h，然后送入高溫熱壓爐中燒結(jié)，燒結(jié)壓力為34.5MPa，先第一階段升溫至1230℃，保溫1.9h，然后第二階段升溫至1580℃，保溫1.5h，冷卻至室溫即為金屬陶瓷材料。
實施例7：
一種改性金屬陶瓷材料由以下質(zhì)量份數(shù)組成：二氧化鈦38份、氧化鋯34份、碳黑40份、硼化鈦25份、氧化鉬12份、氨基粘土19份、蛇紋石9份、金紅石14份、稀土氧化物15份、聚丙烯酸鈉7份。
改性金屬陶瓷材料的制備方法，制備步驟如下：
1)按重量份稱取原料，將金紅石、蛇紋石研磨共混，過800目篩得混料一；
2)將二氧化鈦、氧化鋯、氧化鉬、碳黑加入球磨機中，球磨7.7h，再加入硼化鈦、混料一、聚丙烯酸鈉，球磨12h，最后將氨基粘土、稀土氧化物加入其中球磨5.7h，得粒徑為0.54μm的混料二；
3)將混料二在450℃保溫2.9h，然后送入高溫熱壓爐中燒結(jié)，燒結(jié)壓力為35MPa，先第一階段升溫至1160℃，保溫2h，然后第二階段升溫至1620℃，保溫1.9h，冷卻至室溫即為金屬陶瓷材料。
將本發(fā)明實施例制備的改性金屬陶瓷材料作為實驗組與三組市售的金屬陶瓷材料作為對照組進行性能測試，數(shù)據(jù)(平均值)對比如下：
以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。