抗磨损陶瓷的生产方法与流程

本发明涉及陶瓷材料，具体涉及抗磨损陶瓷的生产方法。

背景技术：

1、陶瓷材料具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等优点，可用作结构材料、刀具材料及功能材料。其中，常见的先进陶瓷材料如铝粉、氧化锆、氧化硅、碳化硅、氮化硅等，被广泛的应用于航空航天、汽车、生物医学、电子和机械设备等行业。在传统陶瓷材料中，通常采用物理涂层或化学涂层的方式在陶瓷材料表面涂覆一层耐磨涂层来提高陶瓷材料的耐磨损性能，但是此类方法制备的陶瓷材料表面层容易产生裂纹，甚至脱落。因此，本技术通过添加具有一定自润滑性能且耐磨的材料来改善陶瓷材料的耐磨损性能。

2、由于陶瓷材料中原子间的结合键为共价键和离子键，共价键有明显的方向性和饱和性，而离子键的同号离子接近时斥力很大，所以主要由离子晶体和共价晶体组成的陶瓷，滑移系很少，易发生断裂。因此，常通过添加wc、mo2c、nbc、aln等碳化物或者氮化物来调节显微组织结构，进而改善材料的力学性能。但是，随着陶瓷材料在切削等领域应用需求的不断增加，仅靠添加碳化物或者氮化物来提高断裂韧性已不满足实际需求。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了抗磨损陶瓷的生产方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、抗磨损陶瓷的生产方法，包括以下步骤：

4、步骤s1、按照以下重量份数称取原料：二氧化硅20-30份，氧化铝15-25份，氧化钙5-8份，高岭土5-15份，碳化硼0.5-3份，双掺杂sic nws@mos2纳米材料1-5份，合金粘结粉末10-20份；

5、步骤s2、将上述称取的二氧化硅、氧化铝、氧化钙、高岭土、碳化硼和合金粘结粉末加入球磨机中以250-450rpm的转速球磨24-48h后，再加入双掺杂sic nws@mos2纳米材料继续球磨1-2h后，即得混合料；

6、步骤s3、将混合料在180-400mpa的压力下压制成型，得到相应的坯形，然后将其置于1400-1600℃、20-400mpa的条件下烧结保持2-4h，然后冷却至室温，即得抗磨损陶瓷。

7、所述双掺杂sic nws@mos2纳米材料由以下步骤制备：

8、步骤a1、将硅粉、a型碳源和硝酸镍加入含有乙醇的烧杯中混合搅拌均匀，再加入钛粉和铝粉，将混合物转移至行星式球磨机，并以450rpm的转速球磨4h，然后将球磨后的物料放入80℃下烘干，即得预处理物料；

9、进一步地，硅粉、a型碳源、硝酸镍、乙醇、钛粉和铝粉的用量比为0.5-1.5g：1-2g：0.03-0.05g：30-50ml：0.05-0.08g：0.03-0.05g；

10、步骤a2、将3-5g预处理物料放在铺有碳布的坩埚中，并置于真空纳米炉中，通入氩气30min后，并在1h内升温至900℃，再持续升温1h至炉内温度达到1400℃，保温反应4-6h，然后停止加热，自然冷却至室温，即得双掺杂sic纳米线；

11、步骤a1、a2中以硝酸镍作为催化剂、钛粉和铝粉作为钛源和铝源的掺杂剂合成双掺杂碳化硅纳米线，铝和钛元素的掺杂能够提高碳化硅纳米线的韧性和塑性，降低其脆性；其中，钛元素在合成过程会形成碳化钛纳米颗粒，与碳化硅形成固溶体，进而有助于提高纳米线的韧性；铝元素会形成铝粉，从而增强纳米线的断裂韧性，提高其耐磨损和耐冲击性能。

12、步骤a3、将硫代乙酰胺和钼酸钠在含有去离子水的烧杯中搅拌均匀，然后将双掺杂sic纳米线加入上述溶液中搅拌1h后，将混合液转移至反应釜中，并在220℃下反应24h，待反应结束后，冷却至室温，离心、洗涤，并在80℃下干燥12h，即得双掺杂sic nws@mos2纳米材料；

13、步骤a3中以硫代乙酰胺为硫源、钼酸钠为钼源，利用水热反应在双掺杂sic纳米线表面包覆一层二硫化钼，可以在结烧过程中保护双掺杂sic纳米线的完整性，避免了纳米线在加热过程中升温速率过快或温度不均匀导致的双掺杂sic纳米线的损伤；纳米线的包覆处理还提高了陶瓷基体对双掺杂sic纳米线的结合强度，进一步提高了基体的断裂韧性；此外，由于纳米线表面包覆的二硫化钼是具有类似石墨的片层结构，层与层之间的范德华力较弱，易于滑动，从而可以在基体中起到较小摩擦提供自润滑作用，进而有效提高了基体的抗磨损性；

14、进一步地，硫代乙酰胺、钼酸钠、去离子水和ti-sic纳米线的用量比为0.4-0.8g：0.2-0.4g：60-90ml：0.06-0.12g。

15、所述合金粘结粉末由以下步骤制备：

16、步骤b1、将ni粉、cu粉、b粉以及al粉加入球磨罐中，并加入3wt％的石蜡进行混料，然后向混料中加入无水乙醇后在行星球磨机中球磨3-6h后，转移至80℃真空干燥箱中干燥50min，最后倒入80目筛网中过筛，即得混合粉末；

17、进一步地，球磨过程中的球料比为10：1，球磨的转速为300-500rpm；

18、进一步地，ni粉、cu粉、b粉、al粉和无水乙醇的用量比为0.5-0.8g：0.6-1g：0.2-0.5g：0.1-0.3g：40ml。

19、步骤b2、将5g混合粉末倒入模具中并以150mpa的压力压制5s成型，再置于烧结炉中进行真空烧结，烧结时的温度为1300-1450℃，即得合金粘结粉末。

20、合金粘结粉末被用于制备陶瓷，能提高陶瓷的强度、硬度、耐磨性以及韧性等。其中，ni作为金属陶瓷粘结相之一，具有良好的塑性，以及优异的抗氧化性，可以很好地改善陶瓷基体的韧性；b元素的添加可以增加合金粉末在陶瓷中的耐磨性；cu元素的添加能够改善合金的耐磨性，进而提高陶瓷材料的抗磨损性能。此外，采用高速的球磨方式来将粘结粉末添加在陶瓷基体中，能够改善陶瓷基体的致密度并提高硬度，进而使陶瓷基体的耐磨性得到明显改善。

21、本发明的有益效果：

22、本发明制备的陶瓷材料具有优异的断裂韧性以及耐磨损性能，首先，双掺杂sicnws@mos2纳米材料的添加，改善了陶瓷基体的断裂韧性；其次，合金粘结粉末的添加，提高了综合提高了基体的各项性能，如：耐磨性、断裂韧性等；最后，采用较高的球磨速度将各原料混合，能使陶瓷基体的耐磨性得到明显改善。

23、双掺杂sic nws@mos2纳米材料中，首先，以硝酸镍作为催化剂、钛粉和铝粉作为钛源和铝源的掺杂剂合成双掺杂碳化硅纳米线，铝和钛元素的掺杂能够提高碳化硅纳米线的韧性和塑性，降低其脆性；其中，钛元素在合成过程会形成碳化钛纳米颗粒，与碳化硅形成固溶体，进而有助于提高纳米线的韧性；铝元素会形成铝粉，从而增强纳米线的断裂韧性，提高其耐磨损和耐冲击性能。其次，以硫代乙酰胺为硫源、钼酸钠为钼源，利用水热反应在双掺杂sic纳米线表面包覆一层二硫化钼，可以在结烧过程中保护双掺杂sic纳米线的完整性，避免了纳米线在加热过程中升温速率过快或温度不均匀导致的双掺杂sic纳米线的损伤；纳米线的包覆处理还提高了陶瓷基体对双掺杂sic纳米线的结合强度，进一步提高了基体的断裂韧性；此外，由于纳米线表面包覆的二硫化钼是具有类似石墨的片层结构，层与层之间的范德华力较弱，易于滑动，从而可以在基体中起到较小摩擦提供自润滑作用，进而有效提高了基体的抗磨损性。

24、合金粘结粉末被用于制备陶瓷，能提高陶瓷的强度、硬度、耐磨性以及韧性等。其中，ni作为金属陶瓷粘结相之一，具有良好的塑性，以及优异的抗氧化性，可以很好地改善陶瓷基体的韧性；b元素的添加可以增加合金粉末在陶瓷中的耐磨性；cu元素的添加能够改善合金的耐磨性，进而提高陶瓷材料的抗磨损性能。此外，采用高速的球磨方式来将粘结粉末添加在陶瓷基体中，能够改善陶瓷基体的致密度并提高硬度，进而使陶瓷基体的耐磨性得到明显改善。