[发明专利]一种高温结构用碳氮化钛基金属陶瓷材料及制备方法

说明书

本发明提供了一种高温结构用碳氮化钛基金属陶瓷材料及制备方法，解决了现有技术中炉内结构件所使用的耐高温材料，在高温下存在较明显的烧结收缩和变形，其结构精度以及结构件本身易出现裂纹/配合间隙，从而导致结构坍塌的技术问题。其通过原料TiCN、WC、Mo₂C、TaC、NbC、Co和Ni进行制备；Co和Ni的重量百分比含量之和为5‑14%；原料中整体C的重量百分比含量为5.8‑6.2%，且整体C与N的重量比为3‑7:3‑7。本发明提供的高温结构用碳氮化钛基金属陶瓷材料，能够良好满足高温工作环境炉内结构件的使用要求，在高温下烧结收缩和变形小，其结构精度以及结构件本身不易出现裂纹/配合间隙。

技术领域

本发明涉及一种金属陶瓷材料，具体涉及一种高温结构用碳氮化钛基金属陶瓷材料及制备方法。

背景技术

目前在一些高纯度非金属材料(比如高纯单晶硅、高透光度无机玻璃等)的制备工艺中，制备温度相对较高，一般在800-1400℃，通常在制备炉内所使用的结构件通常为Al₂O₃、ZrO₂材质的耐高温材料。但其作为耐高温材料存在两个难以解决的问题，首先在这个工作温度下，Al₂O₃、ZrO₂同样存在较明显的烧结收缩和变形，因此其结构精度以及结构件本身易出现裂纹/配合间隙，从而导致结构坍塌；其次Al₂O₃、ZrO₂等常见的耐高温材料中Al、Zr等属轻质元素，其在工作温度下极易产生元素的热迁移，从而在制备环境中出现较明显的Al、Zr的元素检出和局部富集，在进行高纯度物质的制备过程中产生极大的负面影响。

通常可见的其他耐高温材料中，以W、Mo等材料为主，但W、Mo等均属于较稀缺的战略储备资源，且W、Mo等材料其密度高、机械性能差，作为高温工作态下的结构件使用时，因极大的密度差，易造成制备炉体的局部变形，同时易产生裂纹，无法有效支撑。

而改型后的部分金属基高温材料中，其机械性能较为出色，但在工作温度下易挥发Co、Ni、Fe等铁族元素，这些杂质成分也会显著的影响高纯物质的制备过程。

本申请人发现现有技术至少存在以下技术问题：

1、现有技术中炉内结构件所使用的耐高温材料(Al₂O₃、ZrO₂材质)，在高温下存在较明显的烧结收缩和变形，其结构精度以及结构件本身易出现裂纹/配合间隙，从而导致结构坍塌；

2、现有技术中炉内结构件所使用的耐高温材料(Al₂O₃、ZrO₂材质)，由于在工作温度下极易产生元素的热迁移，在进行高纯度物质的制备过程中产生极大的负面影响；

3、现有技术中炉内结构件所使用的其他耐高温材料，还是易出现炉体的局部变形，同时易产生裂纹，无法有效支撑，或者影响高纯物质的制备过程。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高温结构用碳氮化钛基金属陶瓷材料及制备方法，以解决现有技术中炉内结构件所使用的耐高温材料，在高温下存在较明显的烧结收缩和变形，其结构精度以及结构件本身易出现裂纹/配合间隙，从而导致结构坍塌的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的一种高温结构用碳氮化钛基金属陶瓷材料，其原料包括TiCN、WC、Mo₂C、TaC、NbC、Co和Ni；其中，所述Co和Ni的重量百分比含量之和为5-14％；原料中整体C的重量百分比含量为5.8-6.2％，且原料中整体C与N的重量比为3-7:3-7。