[发明专利]一种耐磨复合陶瓷材料及其生产工艺

权利要求书

1.一种耐磨复合陶瓷材料，其成分重量百分比为：Ti(C_0.65N_0.35)65-66、Cr₃C₂ 1-3、WC 1-3、HfC 1-3、NbC 1-3、改性石墨烯1-2、粘结相为Co 5-6、Cr 5-6、Mn 5-6、Ni 4-6、Fe 4-5、Al4-5；具体的制备步骤如下：

(1)原料准备：依目标成分进行配料，其中的Ti(C_0.65N_0.35)尺寸为400-500纳米，其中的Cr₃C₂、WC、HfC、NbC尺寸为4-5微米、改性石墨烯尺寸为1-3微米，其中的Co、Cr、Mn、Ni、Fe、Al以Co-Cr-Mn-Ni-Fe-Al六元高熵合金粉末的形式进行准备，Co-Cr-Mn-Ni-Fe-Al六元高熵合金粉末的生产首先是选取纯度均≥99.9％的原料进行熔炼并除杂得到纯净度高的合金溶液，之后进行雾化制粉，雾化制粉的具体工艺参数为：液流速率为10kg/min～15kg/min，雾化介质为氮气，雾化气流压力为10MPa～15MPa，雾化快速冷凝装置的雾化喷嘴直径为5mm～6mm；雾化结束后待粉末完全冷却，在氮气保护气氛中筛分，得到粒径在10-20微米的Co-Cr-Mn-Ni-Fe-Al六元高熵合金粉末；

改性石墨烯的制备是按照目标产品的称取石墨烯，将该石墨烯加入乙醇中超声0.5-1h，得到浓度为0.2-0.4g/L的石墨烯乙醇分散液；将前面获得的粒径在10-20微米的Co-Cr-Mn-Ni-Fe-Al六元高熵合金粉末加入到球磨罐中，再倒入浓度为0.2-0.4g/L的石墨烯乙醇分散液进行高速球磨，按球料比为10:1，球磨转速为200-250r/min，球磨时间5-6h，然后将浆料抽滤、真空烘干，得到高熵合金石墨烯复合粉体；

(2)原料球磨：将步骤(1)准备的Ti(C_0.65N_0.35)、Cr₃C₂、WC、HfC、NbC、高熵合金石墨烯复合粉体放入真空球磨罐中，以步骤(1)准备原料重量的30-40％称取 无水乙醇和以步骤(1)准备原料重量的10-20％称取石蜡混合作为介质，球料比10∶1，为避免粉末在球磨过程中被氧化，以氩气作为保护气体，球磨24-36h，经真空干燥、过筛；

(3)成型：将步骤(2)得到的陶瓷粉末装入模具中，采用双向压机进行模压成型，两端加压，两次加压，第一次加压状态是以35-45℃/min的加热速率加热到850℃、并在20MPa下保持2-3小时，第二次加压状态是以25-35℃/min的加热速率加热到在1250℃、并在20MPa下保持2-3小时，此阶段完成脱蜡步骤，成型后对压坯进行修整，检验外观质量；

(4)真空热压烧结：将步骤(3)得到的压坯装入真空热压烧结炉中，烧结温度为1600-1900℃、烧结压力为30MPa下保持1小时，在烧结过程同时对烧结体进行超声振动，振动施加的时间为30-40个周期，每个周期是1分钟，具体是超声振动运行30-40秒、停留20-30秒，在最终烧结即将完成前20min充入氩气，直至烧结完成，即得金属陶瓷样品；

经检测，最终陶瓷材料硬度为HRA 95-105，抗弯强度为2300-2700MPa，断裂韧性为12-14MPa·m^1/2，导热系数为95-110W/(m·K)，线膨胀系数为2.5×10^-6/℃-4×10^-6/℃。

2.根据权利要求1所述的耐磨复合陶瓷材料，其特征在于：步骤(3)成型：将步骤(2)得到的陶瓷粉末装入模具中，采用双向压机进行模压成型，两端加压，两次加压，第一次加压状态是以40℃/min的加热速率加热到850℃、并在20MPa下保持2-3小时，第二次加压状态是以30℃/min的加热速率加热到在1250℃、并在20MPa下保持2-3小时，此阶段完成脱蜡步骤，成型后对压坯进行修整，检验外观质量。