[发明专利]α-Al2O3/TiC纳米复相陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种α-Al₂O₃/TiC纳米复相陶瓷材料及其制备方法，属于陶瓷材料制备技术领域。

背景技术

α-Al₂O₃/TiC复相陶瓷具有高强度、高硬度、适中的断裂韧性、良好的耐磨性和导电性等特点，被广泛应用于切削刀具和磁头衬底。目前商业应用的α-Al₂O₃/TiC复相陶瓷主要是通过添加一定的烧结助剂，采用热压烧结或无压烧结技术直接烧结α-Al₂O₃和TiC的混合粉体。但是α-Al₂O₃和TiC原料粉末混合时不容易均匀，颗粒表面容易受污染导致界面结合强度降低，而且在烧结过程中晶粒还容易长大等缺点，使最终制备的α-Al₂O₃/TiC复相陶瓷材料的力学性能受到损害。

发明内容

本发明的目的是提供一种能克服上述缺陷、工作性能优良的α-Al₂O₃/TiC纳米复相陶瓷材料及其制备方法。其技术方案为：

一种α-Al₂O₃/TiC纳米复相陶瓷材料，其特征在于其组成元素为Al、O、Ti和C，四者的摩尔比为4.01-4.10∶6∶3∶2.90-2.99。

所述α-Al₂O₃/TiC纳米复相陶瓷材料的制备方法，制造过程分三个步骤：1)将TiO₂粉、Al粉和C粉按摩尔比3∶4.01-4.10∶2.90-2.99混合，然后常温氩气保护条件下，在高能球磨机上球磨150～400min；2)将球磨后的混合粉末冷压成型；3)氩气保护下烧结。

所述α-Al₂O₃/TiC纳米复相陶瓷材料的制备方法，步骤2)中，室温下在金属模中压制，压力为100～250MPa。

所述α-Al₂O₃/TiC纳米复相陶瓷材料的制备方法，步骤3)中，在氩气保护下，以5-30℃/min的加热速度加热到1600-1700℃，无压烧结20-40min，然后冷却。

所述α-Al₂O₃/TiC纳米复相陶瓷材料的制备方法，步骤3)中，在氩气保护下，以5-30℃/min的加热速度加热到1200-1600℃，加压烧结20-40min，压力为25-35MPa，然后冷却。

下面对本发明的原理介绍如下：

本发明的α-Al₂O₃/TiC纳米复相陶瓷材料的元素组成比例的选择是以反应式(1)为基础，略微增加Al含量和降低C含量的原则下选择的。

3TiO₂+4Al+3C＝3TiC+2Al₂O₃                                                (1)

略微增加铝含量的目的是为了使高能球磨反应后的粉末中有残余铝存在，促进随后的烧结，提高α-Al₂O₃/TiC纳米复相陶瓷材料的致密度，但不至于因为残余铝的含量过高而增加α-Al₂O₃/TiC纳米复相陶瓷材料的脆性。略微降低碳含量的目的一方面是保证在α-Al2O3/TiC纳米复相陶瓷材料中不存在残余的C元素，另一方面是考虑到TiC是一种成分可变的碳化物，在结构中存在一定量的C空位并不影响其性能，但不至于因为过多的碳空位而降低TiC的硬度。因此本发明规定α-Al₂O₃/TiC纳米复相陶瓷材料的组成元素Al、O，Ti和C的摩尔比为4.01-4.10∶6∶3∶2.90-2.99。