本发明专利技术公开了一种抗高温耐磨损Ti（C,N）金属陶瓷复合材料的制备方法，将碳纤维进行去胶、分散等前处理，处理后和原料、粘结相进行球磨混合，烘干，掺成型剂、造粒、过筛，干压成形、排胶处理等工艺步骤，最后通过无压气氛烧结得到碳纤维补强增韧Ti（C,N）基金属陶瓷复合材料。其碳纤维分散均匀，碳纤维与金属陶瓷基体的界面结合适中，碳纤维的强韧化效果明显，抗弯强度和断裂韧性分别提高了8.4%和26.7%，增韧方式是纤维拔出、裂纹偏转和桥联效应。其工艺简单，可操作性强，成本低廉，可广泛用于金属切削、模具、能源装备、机械、矿山、石油、化工、冶金、电力、汽车、模具、建材、航空航天等领域在高温下承受磨损的特殊关键零部件。
【技术实现步骤摘要】
,N）金属陶瓷复合材料的制备方法【专利摘要】本专利技术公开了,N）金属陶瓷复合材料的制备方法，将碳纤维进行去胶、分散等前处理，处理后和原料、粘结相进行球磨混合，烘干，掺成型剂、造粒、过筛，干压成形、排胶处理等工艺步骤，最后通过无压气氛烧结得到碳纤维补强增韧Ti（C,N）基金属陶瓷复合材料。其碳纤维分散均匀，碳纤维与金属陶瓷基体的界面结合适中，碳纤维的强韧化效果明显，抗弯强度和断裂韧性分别提高了8.4%和26.7%，增韧方式是纤维拔出、裂纹偏转和桥联效应。其工艺简单，可操作性强，成本低廉，可广泛用于金属切削、模具、能源装备、机械、矿山、石油、化工、冶金、电力、汽车、模具、建材、航空航天等领域在高温下承受磨损的特殊关键零部件。【专利说明】一种抗高温耐磨损Ti (C1 N)金属陶瓷复合材料的制备方法
本专利技术属于陶瓷基复合材料及耐摩擦磨损、耐高温零部件的技术应用领域，涉及一种复合材料的制备方法，特别涉及一种抗高温耐磨损T(C，N)金属陶瓷复合材料的制备方法。
技术介绍
碳纤维拥有良好的高温力学性能和热性能，并且具有高的纵横比，是目前已大量生产的高性能纤维中具有最高的比强度和比模量的纤维，特别是在2000°C以上的高温惰性环境中，碳纤维是唯一强度不降低的结构材料，是一种理想的复合材料增强体。无压气氛烧结技术具有操作简单、周期短、成本低、形状可塑性强等特点，可以避免热压烧结技术难以制备形状复杂件的缺陷，在工业生产高温结构材料领域具有广泛的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种抗高温耐磨损Ti (C，N)金属陶瓷复合材料的制备方法，通过设计原始粉料配比、纤维的前处理工艺以及烧结工艺参数的确定，制备出强度及塑韧性综合性能优异、使用寿命可靠、成本低廉的抗高温、耐摩擦磨损金属陶瓷材料。为了实现上述任务，本专利技术采用的以下的技术解决方案:一种抗高温耐磨损T(C，N)金属陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤:`步骤一，原料:原料的质量比配方:TiN:11%, WC:10%, Cr3C2: 1%, C: 1%, Mo:12%，稀土 Y2O3:0.4% ~1.6%, TiC:余量，原料的质量百分比之和为100% ；在原料的配方中，按照原料总量添加粘结相和碳纤维，其中，粘结相用量为原料总量的15% ；所述的碳纤维剪裁成4um，在马弗炉中400°C保温30min进行去胶处理，然后置于超声波清洗机中分散30min，于干燥箱80°C烘干后使用，碳纤维的用量为原料总量的2%~5% ；步骤二，球磨混料:将原料、粘结相和碳纤维置于行星式球磨机中球磨混合24h，于烘箱80°C烘干后，制得均匀混合粉；步骤三，掺成型剂:在步骤二均匀混合粉中加入成型剂，成型剂采用质量分数为5%的PVA胶；步骤四，造粒、过筛:采用手工造粒法对掺有成型剂的混合粉料进行均匀造粒，造粒后过60目筛，得到粒径大小均匀的粉料；步骤五，干压成形:将造粒、过筛后的粉料置于金属模具中，在压力机上施压180MPa，保压3min，得到预制体；步骤六，排胶处理:将干压成形的预制体置于真空脱脂炉进行排胶处理，排胶处理工艺为:加热至2000C，保温2h，升温至400°C，保温4h，升温至600°C，保温2h，升温至800°C，保温2h，随后随炉降至室温；步骤七，烧结:将排胶处理后的预制体置于烧结炉中，在氩气保护下进行无压气氛烧结，烧结过程是，升温至1220°C，保温2h，再升温至1450°C~1500°C，保温50min，保温结束后，随炉降至室温，得到抗高温耐磨损T (C，N)金属陶瓷复合材料。根据本专利技术，上述粘结相由Ni和Co组成，其中，Ni的用量为原料总量的5%~15%，Co的用量为原料总量的O~15。根据本专利技术，上述粘结相中Ni的用量为原料总量的15% ;或者，粘结相中Ni的用量为原料总量的10%，Co用量为原料总量的5%，或者粘结相中Ni的用量为原料总量的5%，Co用量为原料总量的10%。本专利技术采用碳纤维补强增韧T(C，N)基金属陶瓷复合材料，通过纤维的去胶、分散，与原始粉料混合、干燥、压制成型、脱脂等处理工艺，最终利用无压气氛烧结技术制备出短碳纤维补强增韧T(C，N)基金属陶瓷复合材料。其抗弯强度> 900MPa，断裂韧性≥11.0MPa.m1/2，硬度≥17.0GPa,高温红硬性、耐磨性和抗冲击韧性优异，化学稳定性高，抗弯强度和断裂韧性分别提高了 8.4%和26.7%，增韧方式是纤维拔出、裂纹偏转和桥联效应。同时，工艺简单、生产周期短、成本低并且易于推广。在断裂过程中通过纤维桥联、裂纹偏转、纤维断裂和纤维拔出等机理吸收能量，提高材料的塑韧性，同时又兼顾T (C，N)基金属陶瓷优异的高温性能，能够有效地避免材料在热循环服役条件下的灾难性失效，是性能优异的高温耐磨结构材料，可广泛适用于能源装备、机械、矿山、石油、化工、冶金、电力、汽车、模具、建材、航空航天等领域在高温下承受磨损的特殊关键零部件，例如，采矿设备及各类工程机械的耐磨耗件(采掘工具、钻探凿岩钎子、掘进机锥、旋转钻探钻头、截齿、喷射泵头、阀座和阀杆等)、各类发动机高温部件、喷嘴、轧辊、高温气体过滤器件、热交换器、发热管、炉芯管、各种密封件、阀门、轴承泵体、各种反应器衬套、过流管道、以及石油钻探、催化裂化装置的双动滑阀导轨等零部件，具有很好的应用前景。【专利附图】【附图说明】图1是本专利技术的抗高温耐磨损T (C，N)金属陶瓷复合材料的工艺流程图；图2是实施例11制备的T (C，N)基金属陶瓷复合材料的高倍表面形貌电镜照片；图3是实施例1中添加粘结相N1、Co得到的T(C，N)基金属陶瓷复合材料的断口形貌电镜照片，显示硬质相脱离形成的大量韧窝和粘结相被拔出发生塑性变形形成的撕裂棱；图4是实施例2中粘添加结相选择Ni得到的T (C，N)基金属陶瓷复合材料的断口形貌电镜照片，显示硬质相脱离形成的大量韧窝和粘结相被拔出发生塑性变形形成的撕裂棱；图5是实施例3中添加粘结相N1、Co得到的T(C，N)基金属陶瓷复合材料的断口形貌电镜照片，显示硬质相脱离形成的大量韧窝和粘结相被拔出发生塑性变形形成的撕裂棱；图6是实施例4中添加粘结相N1、Co得到的T(C，N)基金属陶瓷复合材料的断口形貌电镜照片，显示硬质相脱离形成的大量韧窝和粘结相被拔出发生塑性变形形成的撕裂棱；图7是实施例5中加入稀土 Y2O3,添加粘结相N1、Co得到的T (C，N)基金属陶瓷复合材料的断口形貌电镜照片，显示断裂的韧窝及细化的晶粒。图8是实施例6中加入稀土 Y2O3,添加粘结相N1、Co得到T (C，N)基金属陶瓷复合材料的断口形貌电镜照片，显示断裂的韧窝、发达的撕裂棱及细化的晶粒。图9是实施例7中加入稀土 Y2O3,添加粘结相N1、Co得到的T (C，N)基金属陶瓷复合材料的断口形貌电镜照片，显示断裂的韧窝及细化的晶粒。图10是实施例8中添加稀土 Y2O3,添加粘结相N1、Co得到的T(C，N)基金属陶瓷复合材料的断口形貌电镜照片，显示断裂的韧窝及细化的晶粒。图11是实施例9中添加稀土 Y2O3，添加粘结相N1、Co以及碳纤维得到的T(C，N)基金属陶瓷复合材料的断口形貌电镜照片，显示断裂的 韧窝及纤维断裂、拔出。图12是实本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种抗高温耐磨损T(C,N)金属陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：步骤一，原料：原料的质量比配方：TiN：11%，WC：10%，Cr3C2：1%，C：1%，Mo：12%，稀土Y2O3：4%～1.6%，TiC：余量，原料的质量百分比之和为100％；在原料的配方中，按照原料总量添加粘结相和碳纤维，其中，粘结相用量为原料总量的15%；所述的碳纤维剪裁成4um，在马弗炉中400℃保温30min进行去胶处理，然后置于超声波清洗机中分散30min，于干燥箱80℃烘干后使用，碳纤维的用量为原料总量的2%～5%；步骤二，球磨混料：将原料、粘结相和碳纤维置于行星式球磨机中球磨混合24h，于烘箱80℃烘干后，制得均匀混合粉；步骤三，掺成型剂：在步骤二均匀混合粉中加入成型剂，成型剂采用质量分数为5%的PVA胶；步骤四，造粒、过筛：采用手工造粒法对掺有成型剂的混合粉料进行均匀造粒，造粒后过60目筛，得到粒径大小均匀的粉料；步骤五，干压成形：将造粒、过筛后的粉料置于金属模具中，在压力机上施压180MPa，保压3min，得到预制体；步骤六，排胶处理：将干压成形的预制体置于真空脱脂炉进行排胶处理，排胶处理工艺为：加热至200℃，保温2h，升温至400℃，保温4h，升温至600℃，保温2h，升温至800℃，保温2h，随后随炉降至室温；步骤七，烧结：将排胶处理后的预制体置于烧结炉中，在氩气保护下进行无压气氛烧结，烧结过程是，升温至1220℃，保温2h，再升温至1450℃～1500℃，保温50min，保温结束后，随炉降至室温，得到抗高温耐磨损T(C,N)金属陶瓷复合材料。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：孙万昌，佘晓林，李攀，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：
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