專利名稱：金屬陶瓷復(fù)合異形件的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬陶瓷復(fù)合件的制備方法，特別是涉及一種金屬陶瓷復(fù)合異形
件的制備方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著陶瓷材料的大規(guī)模研究開(kāi)發(fā)，陶瓷與陶瓷或陶瓷與金屬的連接技術(shù) 也越來(lái)越引起人們的廣泛關(guān)注。實(shí)現(xiàn)陶瓷與金屬的有效連接可進(jìn)一步擴(kuò)大陶瓷的應(yīng)用范 圍。但由于陶瓷和金屬是兩類性質(zhì)不同的材料，相互結(jié)合時(shí)在界面上存在著化學(xué)及物理性 能的差異，特別是化學(xué)鍵差異較大，采用常規(guī)的焊接方法難以實(shí)現(xiàn)有效連接。因此，陶瓷與 金屬的連接成為近幾年來(lái)異種材料連接研究的重點(diǎn)。另外，由于陶瓷材料固有的硬性和脆 性使其難以加工與制造，傳統(tǒng)成形工藝難以成形金屬陶瓷復(fù)合異形件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決陶瓷與金屬連接困難以及傳統(tǒng)成型工藝難以成形金屬
陶瓷復(fù)合異形件的問(wèn)題，進(jìn)而提供一種金屬陶瓷復(fù)合異形件的制備方法。 本發(fā)明的金屬陶瓷復(fù)合異形件的制備方法的步驟為 步驟一選取陶瓷粉末和金屬粉末，所述陶瓷粉末燒結(jié)溫度和金屬粉末的燒結(jié)溫
度差在0-10(TC之間； 步驟二 選取有機(jī)粘結(jié)劑； 步驟三喂料的制備，將裝載量為48-60%的陶瓷粉末放入混煉機(jī)中加熱到 100-30(TC，然后再加入有機(jī)粘結(jié)劑進(jìn)行混煉造粒，混煉造粒的時(shí)間為1-2小時(shí)，制成長(zhǎng)度 為3-5mm，直徑為2mm的圓柱狀陶瓷喂料，將裝載量為48-60%的金屬粉末放入混煉機(jī)中加 熱到100-30(TC，然后再加入有機(jī)粘結(jié)劑進(jìn)行混煉造粒，混煉造粒的時(shí)間為1-2小時(shí)，制成 長(zhǎng)度為3-5mm，直徑為2mm的圓柱狀金屬喂料； 步驟四壓制成型，將制備的陶瓷喂料和金屬喂料加入到成型模具型腔的相 應(yīng)部位，然后壓制成型異形件生坯，壓制成型的溫度為室溫-30(TC，壓制成型的壓力為 10-30MPa，保壓時(shí)間為1-3小時(shí); 步驟五脫脂，將壓制成型的異形件生坯在真空熱壓燒結(jié)爐中于室溫到55(TC的 溫度范圍內(nèi)進(jìn)行脫脂得到成型坯料，脫脂時(shí)間為6-15小時(shí)； 步驟六熱壓燒結(jié)，將脫脂的成型坯料放入真空熱壓燒結(jié)爐中燒結(jié)得到異形件，燒 結(jié)溫度為1000-2000。C，壓力為20-40MPa，保壓時(shí)間為1_3小時(shí)。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果本發(fā)明解決了傳統(tǒng)成型工藝難以成形 金屬陶瓷復(fù)合異形件以及金屬與陶瓷連接困難的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了金屬與陶瓷的擴(kuò)散連接，燒 結(jié)期間施加的保壓壓力可有效的避免由于金屬和陶瓷收縮不一致產(chǎn)生的變形、接頭開(kāi)裂等 問(wèn)題，最終實(shí)現(xiàn)了金屬與陶瓷連接及金屬陶瓷復(fù)合異形件的一次成形。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一 本實(shí)施方式的金屬陶瓷復(fù)合異形件的制備方法的步驟為步 驟一 選取陶瓷粉末和金屬粉末，所述陶瓷粉末燒結(jié)溫度和金屬粉末的燒結(jié)溫度差在 0-100。C之間; 步驟二 選取有機(jī)粘結(jié)劑； 步驟三喂料的制備，將裝載量為48-60%的陶瓷粉末放入混煉機(jī)中加熱到 100-30(TC，然后再加入有機(jī)粘結(jié)劑進(jìn)行混煉造粒，混煉造粒的時(shí)間為1-2小時(shí)，制成長(zhǎng)度 為3-5mm，直徑為2mm的圓柱狀陶瓷喂料，將裝載量為48-60%的金屬粉末放入混煉機(jī)中加 熱到100-30(TC，然后再加入有機(jī)粘結(jié)劑進(jìn)行混煉造粒，混煉造粒的時(shí)間為1-2小時(shí)，制成 長(zhǎng)度為3-5mm，直徑為2mm的圓柱狀金屬喂料； 步驟四壓制成型，將制備的陶瓷喂料和金屬喂料加入到成型模具型腔的相 應(yīng)部位，然后壓制成型異形件生坯，壓制成型的溫度為室溫-30(TC，壓制成型的壓力為 10-30MPa，保壓時(shí)間為1-3小時(shí); 陶瓷喂料和金屬喂料的比例關(guān)系根據(jù)所要成型的異形件的要求進(jìn)行選定； 步驟五脫脂，將壓制成型的異形件生坯在真空熱壓燒結(jié)爐中于室溫到55(TC的
溫度范圍內(nèi)進(jìn)行脫脂得到成型坯料，脫脂時(shí)間為6-15小時(shí)； 步驟六熱壓燒結(jié)，將脫脂的成型坯料在真空熱壓燒結(jié)爐中燒結(jié)得到異形件，燒結(jié) 溫度為1000-2000。C，壓力為20-40MPa，保壓時(shí)間為1_3小時(shí)。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟一中的陶瓷粉末 由氧化鋅、氧化鋯、氧化鋁、氮化硅、碳化硅中的一種或幾種組成。上述組分由兩種或兩種 以上混合時(shí)，可以根據(jù)所需產(chǎn)品對(duì)耐磨性、耐腐蝕性以及高溫使用性等，選擇合適的混合比 例，制得滿足實(shí)際需求的金屬陶瓷復(fù)合異形件。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一或二不同的是步驟一中的金屬 粉末由鎳基高溫合金、鉬合金、鈮硅合金、鈷基高溫合金中的一種或幾種組成。上述組分由 兩種或兩種以上混合時(shí)，可以根據(jù)所需產(chǎn)品對(duì)耐磨性、耐腐蝕性以及高溫使用性等，選擇合 適的混合比例，制得滿足實(shí)際需求的金屬陶瓷復(fù)合異形件。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一、二或三不同的是步驟一中的 陶瓷粉末燒結(jié)溫度和金屬粉末的燒結(jié)溫度差為2(TC。便于成型。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一、二或三不同的是步驟一中的 陶瓷粉末燒結(jié)溫度和金屬粉末的燒結(jié)溫度差為4(TC。便于成型。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一、二或三不同的是步驟一中的 陶瓷粉末燒結(jié)溫度和金屬粉末的燒結(jié)溫度差為50°C。便于成型。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一、二或三不同的是步驟一中的 陶瓷粉末燒結(jié)溫度和金屬粉末的燒結(jié)溫度差為60°C。便于成型。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一、二或三不同的是步驟一中的 陶瓷粉末燒結(jié)溫度和金屬粉末的燒結(jié)溫度差為80°C。便于成型。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一、二或三不同的是步驟二中的 有機(jī)粘結(jié)劑由聚四氟乙烯和蒸餾水在IO(TC下保溫1小時(shí)制得，粘結(jié)劑中聚四氟乙烯的含 量為5wt^。粘結(jié)性好，固化強(qiáng)度高，成型質(zhì)量更好。
具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一、二或三不同的是步驟二中的 有機(jī)粘結(jié)劑由石蠟、聚丙烯、聚乙烯和硬脂酸混合而成，其中，石蠟的重量百分比為30%，聚 丙烯的重量百分比為30%，聚乙烯的重量百分比為30%，硬脂酸的重量百分比為10%。粘 結(jié)性好，固化強(qiáng)度高，成型質(zhì)量更好。
具體實(shí)施方式
i^一 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一、二、三、九或十不同的是步 驟三中混煉機(jī)采用雙行星混煉機(jī)。所得喂料的均勻性比較好，成型的異形件未見(jiàn)明顯的微 觀缺陷，晶粒尺寸均勻性好。
具體實(shí)施方式
十二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一、二、三、九、十或i^一不同的 是步驟三中的陶瓷粉末的裝載量為50%，金屬粉末的裝載量為50%，在混煉機(jī)中的加熱 溫度為170-18(TC，混煉造粒的時(shí)間為1. 5小時(shí)。成型的異形件未見(jiàn)明顯的微觀缺陷，晶粒 尺寸均勻性好。
具體實(shí)施方式
十三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一、二、三、九、十或i^一不同的 是步驟三中的陶瓷粉末的裝載量為55%，金屬粉末的裝載量為55%，在混煉機(jī)中的加熱 溫度為175tV混煉造粒的時(shí)間為1. 5小時(shí)。成型的異形件未見(jiàn)明顯的微觀缺陷，晶粒尺寸 均勻性好。
具體實(shí)施方式
十四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一、二、三、九、十或i^一不同的 是步驟三中的陶瓷粉末的裝載量為58%，金屬粉末的裝載量為58%，在混煉機(jī)中的加熱 溫度為185tV混煉造粒的時(shí)間為1小時(shí)。成型的異形件未見(jiàn)明顯的微觀缺陷，晶粒尺寸均 勻性好。
具體實(shí)施方式
十五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一、二、三、九、十、i^一、十二、 十三或十四不同的是步驟四中的壓制成型的溫度為100-20(TC，壓制成型的壓力為 15-25MPa，保壓時(shí)間為2小時(shí)。成型的異形件陶瓷與金屬連接處結(jié)合完好，晶粒尺寸均勻性 好。
具體實(shí)施方式
十六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一、二、三、九、十、i^一、十二、 十三或十四不同的是步驟四中的壓制成型的溫度為室溫-10(TC，壓制成型的壓力為 15-25MPa，保壓時(shí)間為2小時(shí)。成型的異形件陶瓷與金屬連接處結(jié)合完好，晶粒尺寸均勻性 好。 具體實(shí)施方式
十七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一、二、三、九、十、i^一、十二、
十三或十四不同的是步驟四中的壓制成型的溫度為200-30(TC，壓制成型的壓力為 15-25MPa，保壓時(shí)間為2小時(shí)。成型的異形件陶瓷與金屬連接處結(jié)合完好，晶粒尺寸均勻性 好。 具體實(shí)施方式
十八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一、二、三、九、十、i^一、十二、 十三或十四不同的是步驟四中的壓制成型的溫度為15(TC，壓制成型的壓力為20MPa，保 壓時(shí)間為2小時(shí)。成型的異形件陶瓷與金屬連接處結(jié)合完好，晶粒尺寸均勻性好。
具體實(shí)施方式
十九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一、二、三、九、十、i^一、十二、
十三、十四、十五或十八不同的是步驟五中的壓制成型的異形件生坯在室溫-50(TC的溫
度范圍內(nèi)進(jìn)行脫脂，脫脂時(shí)間為8-10小時(shí)。使得成型坯料中有機(jī)粘結(jié)劑脫除完全。 具體實(shí)施方式
二十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一、二、三、九、十、i^一、十二、
十三、十四、十五、十八或十九不同的是步驟六中的燒結(jié)溫度為1200-180(TC，壓力為25-30MPa，保壓時(shí)間為2小時(shí)。異形件強(qiáng)度高，雜質(zhì)含量少。
具體實(shí)施方式
二i^一 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一、二、三、九、十、i^一、十二、 十三、十四、十五、十八或十九不同的是步驟六中的燒結(jié)溫度為150(TC，壓力為30MPa，保 壓時(shí)間為2小時(shí)。異形件強(qiáng)度高，雜質(zhì)含量少。
具體實(shí)施方式
二十二 本實(shí)施方式的金屬陶瓷復(fù)合異形件的制備方法的步驟為
步驟一 選取氧化鋅粉末和鎳鋁合金粉末； 步驟二選取有機(jī)粘結(jié)劑，所述有機(jī)粘結(jié)劑由石蠟、聚丙烯、聚乙烯和硬脂酸混合 而成，其中，石蠟的重量百分比為30%，聚丙烯的重量百分比為30%，聚乙烯的重量百分比 為30%，硬脂酸的重量百分比為10% ; 步驟三喂料的制備，將裝載量為55%的氧化鋅粉末放入混煉機(jī)中加熱到1S(TC， 然后再加入有機(jī)粘結(jié)劑進(jìn)行混煉造粒，混煉造粒的時(shí)間為1-2小時(shí)，制成長(zhǎng)度為3-5mm，直 徑為2mm的圓柱狀陶瓷喂料，將裝載量為55%的金屬粉末放入混煉機(jī)中加熱到180°C ，然后 再加入有機(jī)粘結(jié)劑進(jìn)行混煉造粒，混煉造粒的時(shí)間為1-2小時(shí)，制成長(zhǎng)度為3-5mm，直徑為 2mm的圓柱狀金屬喂料； 步驟四壓制成型，將制備的圓柱狀陶瓷喂料和圓柱狀金屬喂料加入到成型模 具型腔的相應(yīng)部位壓制成型異形件生坯，壓制成型的溫度為16(TC，壓制成型的壓力為 20MPa，保壓時(shí)間為2小時(shí)； 步驟五脫脂，將壓制成型的異形件生坯放在脫脂爐中在室溫-50(TC的溫度范圍 內(nèi)進(jìn)行脫脂得到成型坯料，脫脂時(shí)間為10小時(shí)； 步驟六熱壓燒結(jié)，將脫脂的成型坯料放入真空熱壓燒結(jié)爐中燒結(jié)得到異形件，燒 結(jié)溫度為115(TC，壓力為30MPa，保壓時(shí)間為2小時(shí)。 本實(shí)施方式中所得異形件微觀組織均勻，未見(jiàn)明顯的微觀缺陷，陶瓷與金屬連接 處結(jié)合完好，晶粒大小一致性好。
具體實(shí)施方式
二十三本實(shí)施方式的金屬陶瓷復(fù)合異形件的制備方法的步驟為
步驟一 選取氧化鋯粉末和鉬合金粉末； 步驟二 選取有機(jī)粘結(jié)劑，所述有機(jī)粘結(jié)劑由聚四氟乙烯和蒸餾水在IO(TC下保 溫1小時(shí)制得，粘結(jié)劑中聚四氟乙烯的含量為5wt% ; 步驟三喂料的制備，將裝載量為50%的氧化鋅粉末放入混煉機(jī)中加熱到180°C ， 然后再加入有機(jī)粘結(jié)劑進(jìn)行混煉造粒，混煉造粒的時(shí)間為1-2小時(shí)，制成長(zhǎng)度為3-5mm，直 徑為2mm的圓柱狀陶瓷喂料，將裝載量為55%的金屬粉末放入混煉機(jī)中加熱到18(TC，然后 再加入有機(jī)粘結(jié)劑進(jìn)行混煉造粒，混煉造粒的時(shí)間為1-2小時(shí)，制成長(zhǎng)度為3-5mm，直徑為 2mm的圓柱狀金屬喂料； 步驟四壓制成型，將制備的圓柱狀陶瓷喂料和圓柱狀金屬喂料加入到成型模具 型腔的相應(yīng)部位壓制成型異形件生坯，壓制成型的溫度為室溫，壓制成型的壓力為20MPa， 保壓時(shí)間為2小時(shí)； 步驟五脫脂，將壓制成型的異形件生坯放在脫脂爐中在室溫-50(TC的溫度范圍 內(nèi)進(jìn)行脫脂得到成型坯料，脫脂時(shí)間為12小時(shí)； 步驟六熱壓燒結(jié)，將脫脂的成型坯料放入真空熱壓燒結(jié)爐中燒結(jié)得到異形件，燒 結(jié)溫度為135(TC，壓力為40MPa，保壓時(shí)間為2小時(shí)。
本實(shí)施方式中所得異形件微觀組織均勻，未見(jiàn)明顯的微觀缺陷，陶瓷與金屬連接 處結(jié)合完好，晶粒大小一致性好。
權(quán)利要求
一種金屬陶瓷復(fù)合異形件的制備方法，其特征在于異形件制備方法的步驟為步驟一選取陶瓷粉末和金屬粉末，所述陶瓷粉末燒結(jié)溫度和金屬粉末的燒結(jié)溫度差在0-100℃之間；步驟二選取有機(jī)粘結(jié)劑；步驟三喂料的制備，將裝載量為48-60％的陶瓷粉末放入混煉機(jī)中加熱到100-300℃，然后再加入有機(jī)粘結(jié)劑進(jìn)行混煉造粒，混煉造粒的時(shí)間為1-2小時(shí)，制成長(zhǎng)度為3-5mm，直徑為2mm的圓柱狀陶瓷喂料；將裝載量為48-60％的金屬粉末放入混煉機(jī)中加熱到100-300℃，然后再加入有機(jī)粘結(jié)劑進(jìn)行混煉造粒，混煉造粒的時(shí)間為1-2小時(shí)，制成長(zhǎng)度為3-5mm，直徑為2mm的圓柱狀金屬喂料；步驟四壓制成型，將制備的陶瓷喂料和金屬喂料加入到成型模具型腔的相應(yīng)部位，然后壓制成型異形件生坯，壓制成型的溫度為室溫-300℃，壓制成型的壓力為10-30MPa，保壓時(shí)間為1-3小時(shí)；步驟五脫脂，將壓制成型的異形件生坯在真空熱壓燒結(jié)爐中于室溫到550℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行脫脂得到成型坯料，脫脂時(shí)間為6-15小時(shí)；步驟六熱壓燒結(jié)，將脫脂的成型坯料在真空熱壓燒結(jié)爐中燒結(jié)得到異形件，燒結(jié)溫度為1000-2000℃，壓力為20-40MPa，保壓時(shí)間為1-3小時(shí)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述金屬陶瓷復(fù)合異形件的制備方法，其特征在于所述步驟一中 的陶瓷粉末由氧化鋅、氧化鋯、氧化鋁、氮化硅、碳化硅中的一種或幾種組成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述金屬陶瓷復(fù)合異形件的制備方法，其特征在于所述步驟一中的金屬粉末由鎳基高溫合金、鉬合金、鈮硅合金、鈷基高溫合金中的一種或幾種組成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述金屬陶瓷復(fù)合異形件的制備方法，其特征在于所述步驟二中的有機(jī)粘結(jié)劑由石蠟、聚丙烯、聚乙烯和硬脂酸混合而成，其中，石蠟的重量百分比為30%， 聚丙烯的重量百分比為30%，聚乙烯的重量百分比為30%，硬脂酸的重量百分比為10%。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述金屬陶瓷復(fù)合異形件的制備方法，其特征在于所述步驟三中混煉機(jī)采用雙行星混煉機(jī)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或5所述金屬陶瓷復(fù)合異形件的制備方法，其特征在于所述步驟三中的陶瓷粉末的裝載量為50%，金屬粉末的裝載量為50%，在混煉機(jī)中的加熱溫度為 170-18(TC，混煉造粒的時(shí)間為1. 5小時(shí)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或5所述金屬陶瓷復(fù)合異形件的制備方法，其特征在于所述步驟 三中的陶瓷粉末的裝載量為55%，金屬粉末的裝載量為55%，在混煉機(jī)中的加熱溫度為 175 °C ，混煉造粒的時(shí)間為1. 5小時(shí)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或5所述金屬陶瓷復(fù)合異形件的制備方法，其特征在于所述步驟 三中的陶瓷粉末的裝載量為58%，金屬粉末的裝載量為58%，在混煉機(jī)中的加熱溫度為 185 °C ，混煉造粒的時(shí)間為1小時(shí)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述金屬陶瓷復(fù)合異形件的制備方法，其特征在于所述步驟四中 的壓制成型的溫度為100-20(TC，壓制成型的壓力為15-25MPa，保壓時(shí)間為2小時(shí)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述金屬陶瓷復(fù)合異形件的制備方法，其特征在于所述步驟五中 的壓制成型的異形件生坯在室溫-50(TC的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行脫脂，脫脂時(shí)間為8-10小時(shí)。
全文摘要
金屬陶瓷復(fù)合異形件的制備方法，它涉及一種金屬陶瓷復(fù)合件的制備方法。本發(fā)明解決了陶瓷與金屬連接困難以及傳統(tǒng)成型工藝難以成形金屬陶瓷復(fù)合異形件的問(wèn)題。本發(fā)明的方法步驟為選取陶瓷粉末和金屬粉末，選取有機(jī)粘結(jié)劑，喂料的制備，將制備的喂料加入到成型模具型腔的相應(yīng)部位，在熱壓燒結(jié)爐中壓制成型異形件生坯，將壓制成型的異形件生坯在室溫到550℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行脫脂得到成型坯料，然后將脫脂的成型坯料進(jìn)行熱壓燒結(jié)得到異形件，燒結(jié)溫度為1000-2000℃，壓力為20-40MPa。本方法避免了由于金屬和陶瓷收縮不一致產(chǎn)生的變形、接頭開(kāi)裂等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了金屬與陶瓷連接及金屬陶瓷復(fù)合異形件的一次成形。
文檔編號(hào)B22F3/12GK101745640SQ201010301079
公開(kāi)日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2010年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月2日
發(fā)明者盧振, 張凱鋒, 王長(zhǎng)瑞 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)