本發(fā)明涉及陶瓷
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種復(fù)合陶瓷及其制備方法。
背景技術(shù)：
：碳氮化鈦(TiCN)基金屬陶瓷是在碳化鈦(TiC)基金屬陶瓷的基礎(chǔ)上添加氮化鈦發(fā)展而來的新型刀具材料。目前大量生產(chǎn)的金屬陶瓷切削刀片，大多數(shù)是以Ti(C,N)作為主相，以金屬鈷結(jié)相和碳化物硬質(zhì)相作為添加劑，通過混合成型后經(jīng)高溫?zé)Y(jié)制備得到的。這種金屬陶瓷片與傳統(tǒng)的硬質(zhì)合金相比，具有紅硬性高、摩擦系數(shù)低、耐磨性好、耐腐蝕性高等優(yōu)勢(shì)。TiCN基金屬陶瓷刀具的最佳切削速度通?？梢允怯操|(zhì)合金的3倍～10倍，在半精加工和精加工領(lǐng)域已經(jīng)成功替代WC基硬質(zhì)合金刀具。由于TiCN熔點(diǎn)較高(3200℃)，需要很高的燒結(jié)溫度才可以提供燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力，但是TiCN在1600℃易分解，難以燒結(jié)成型，為改善其燒結(jié)特性，現(xiàn)有技術(shù)在燒結(jié)時(shí)多用鎳、鉬、鎳、WC等金屬作為粘結(jié)添加劑，但是金屬在高溫下抗氧化性低，蠕變性低，高溫力學(xué)性能低，嚴(yán)重影響燒結(jié)后陶瓷的力學(xué)性能。因此，研發(fā)一種能夠保證TiCN陶瓷具有良好燒結(jié)性能的同時(shí)還具有良好的抗氧化性、韌性、低溫蠕變性以及高溫力學(xué)性能的復(fù)合陶瓷材料成為本領(lǐng)域技術(shù)人員研究的熱點(diǎn)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種復(fù)合陶瓷，本發(fā)明提供的復(fù)合陶瓷具有高致密性以及良好的力學(xué)性能。本發(fā)明提供了一種復(fù)合陶瓷，包括：釔鋁石榴石和碳氮化鈦；所述釔鋁石榴石和碳氮化鈦的質(zhì)量比為A：B，0＜A≤50，50≤B≤100。優(yōu)選的，所述釔鋁石榴石和碳氮化鈦的質(zhì)量比為(12～24)：(36～48)。一種上述技術(shù)方案所述的復(fù)合陶瓷的制備方法，包括：將釔鋁石榴石和碳氮化鈦進(jìn)行熱壓燒結(jié)，得到復(fù)合陶瓷。優(yōu)選的，所述熱壓燒結(jié)的溫度為1550～1650℃。優(yōu)選的，所述熱壓燒結(jié)的時(shí)間為2～10小時(shí)。優(yōu)選的，所述熱壓燒結(jié)的壓力為25～35MPa。優(yōu)選的，所述釔鋁石榴石的制備方法為：將氧化釔和氧化鋁進(jìn)行燒結(jié)，得到釔鋁石榴石。優(yōu)選的，所述燒結(jié)的溫度為1500～1700℃。優(yōu)選的，所述燒結(jié)的時(shí)間為10～20小時(shí)。優(yōu)選的，所述氧化釔和氧化鋁的摩爾比為(2～4):(4～6)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用釔鋁石榴石(YAG)作為添加劑與碳氮化鈦(TiCN)制備復(fù)合陶瓷，YAG在高溫(1300℃)具有優(yōu)異的抗蠕變性能和抗氧化性好以及優(yōu)良的穩(wěn)定性，而且熔點(diǎn)比較低(1950℃)，在較低的溫度下具有較高的質(zhì)點(diǎn)擴(kuò)散速率，燒結(jié)性能比較好；而且YAG具有高強(qiáng)度、高模量、抗氧化、耐化學(xué)腐蝕性以及優(yōu)良的光學(xué)性能和高溫力學(xué)性能，密度(4.55g/cm3)和碳氮化鈦密度非常接近，YAG的添加可以提高TiCN金屬陶瓷的抗高溫蠕變性、硬度、韌性等力學(xué)性能，使本發(fā)明提供的復(fù)合陶瓷具有較高的致密度以及良好的力學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明提供的復(fù)合陶瓷的致密度≥99.5％，維氏硬度≥16GPa，韌性≥5.34MPa.m1/2。具體實(shí)施方式下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。本發(fā)明提供了一種復(fù)合陶瓷，包括：釔鋁石榴石和碳氮化鈦；所述釔鋁石榴石和碳氮化鈦的質(zhì)量比為A：B，0＜A≤50，50≤B≤100。在本發(fā)明中，所述釔鋁石榴石和碳氮化鈦的質(zhì)量比優(yōu)選為(12～24)：(36～48)，更優(yōu)選為(18～20)：(40～42)，最優(yōu)選為12:48；18:42或24:36。本發(fā)明提供了一種上述技術(shù)方案所述的復(fù)合陶瓷的制備方法，包括：將釔鋁石榴石和碳氮化鈦進(jìn)行熱壓燒結(jié)，得到復(fù)合陶瓷。在本發(fā)明中，所述熱壓燒結(jié)的溫度優(yōu)選為1550～1650℃，更優(yōu)選為1580～1620℃，最優(yōu)選為1600℃。在本發(fā)明中，所述熱壓燒結(jié)的時(shí)間優(yōu)選為1～3小時(shí)，更優(yōu)選為2小時(shí)。在本發(fā)明中，所述熱壓燒結(jié)的壓力優(yōu)選為25～35MPa，更優(yōu)選為28～32MPa，最優(yōu)選為30MPa。本發(fā)明優(yōu)選在保護(hù)性氣體的氛圍下進(jìn)行所述熱壓燒結(jié)，所述保護(hù)性氣體優(yōu)選為氮?dú)?。在本發(fā)明中，所述熱壓燒結(jié)的方法優(yōu)選包括以下步驟：(1)將釔鋁石榴石和碳氮化鈦在第一壓力下進(jìn)行預(yù)壓后以第一速度升溫至第一溫度；所述第一壓力為3～7MPa，所述第一速度為10～20℃/min，所述第一溫度為1100～1300℃，得到第一產(chǎn)物；(2)將所述第一產(chǎn)物以第二速度升溫至第二溫度并保溫，所述第二速度為5～15℃/min，所述第二溫度為1500～1700℃。在本發(fā)明中，所述步驟(1)優(yōu)選在氮?dú)獾臍夥罩羞M(jìn)行。在本發(fā)明中，所述步驟(1)中第一壓力優(yōu)選為4～6MPa，更優(yōu)選為5MPa。在本發(fā)明中，所述第一速度優(yōu)選為12～18℃/min，更優(yōu)選為14～16℃/min，最優(yōu)選為15℃/min。在本發(fā)明中，所述第一溫度優(yōu)選為1150～1250℃，更優(yōu)選為1200℃。在本發(fā)明中，所述步驟(1)在升溫的過程中優(yōu)選同時(shí)進(jìn)行抽真空處理，并在第三溫度停止抽真空并充入保護(hù)性氣體至常壓，所述第三溫度優(yōu)選為700～900℃，更優(yōu)選為750～850℃，最優(yōu)選為800℃。在本發(fā)明中，所述步驟(2)中第二速度優(yōu)選為8～12℃/min，更優(yōu)選為10℃/min。在本發(fā)明中，所述第二溫度優(yōu)選為1550～1650℃，更優(yōu)選為1600℃。在本發(fā)明中，所述步驟(2)中的保溫時(shí)間優(yōu)選為0.5～1.5小時(shí)，更優(yōu)選為0.8～1.2小時(shí)。在本發(fā)明中，所述步驟(2)在升溫過程中優(yōu)選勻速加壓，使壓力在第二溫度時(shí)達(dá)到25～35MPa，更優(yōu)選為28～32MPa，最優(yōu)選為30MPa。在本發(fā)明中，所述加壓的速度優(yōu)選為0.5～1MPa/min，更優(yōu)選為0.7～0.8MPa/min，最優(yōu)選為0.75MPa/min。在本發(fā)明中，當(dāng)所述壓力達(dá)到25～35MPa后優(yōu)選保壓0.5～1.5小時(shí)，更優(yōu)選為0.8～1.2小時(shí)，最優(yōu)選為1小時(shí)。本發(fā)明在將釔鋁石榴石和碳氮化鈦進(jìn)行熱壓燒結(jié)之前，優(yōu)選將釔鋁石榴石和碳氮化鈦混合研磨制粉。在本發(fā)明中，所述研磨優(yōu)選采用球磨的方法。在本發(fā)明中，所述球磨優(yōu)選采用氧化鋯磨球，更優(yōu)選采用大號(hào)氧化鋯磨球和小號(hào)氧化鋯磨球共同進(jìn)行球磨，所述大號(hào)氧化鋯磨球的直徑優(yōu)選為10mm，高優(yōu)選為10mm，所述小號(hào)氧化鋯磨球的直徑優(yōu)選為5mm，高優(yōu)選為5mm。在本發(fā)明中，所述大號(hào)氧化鋯磨球和小號(hào)氧化鋯磨球的質(zhì)量比優(yōu)選為(1～3)：1，更優(yōu)選為(1.5～2.5):1，最優(yōu)選為2:1。在本發(fā)明中，所述球磨過程中采用的試劑優(yōu)選為乙醇，更優(yōu)選為無水乙醇。本發(fā)明在球磨過程中優(yōu)選將球磨試劑倒入球磨罐2/3處。在本發(fā)明中，所述球磨的時(shí)間優(yōu)選為10～15小時(shí)，更優(yōu)選為12～13小時(shí)。在本發(fā)明中，所述混合研磨完成后，優(yōu)選將得到的粉料去除研磨溶劑后干燥。在本發(fā)明中，去除所述研磨溶劑的方法優(yōu)選為旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)法。在本發(fā)明中，所述干燥的溫度優(yōu)選為50～70℃，更優(yōu)選為55～65℃，最優(yōu)選為60℃。在本發(fā)明中，所述干燥的時(shí)間優(yōu)選為20～30小時(shí)，更優(yōu)選為22～28小時(shí)，最優(yōu)選為24～26小時(shí)。本發(fā)明對(duì)所述釔鋁石榴石和碳氮化鈦的來源沒有特殊的限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的釔鋁石榴石和碳氮化鈦的制備方法得到，或者由市場(chǎng)購(gòu)買即可。在本發(fā)明中，所述釔鋁石榴石的制備方法優(yōu)選為：將氧化釔和氧化鋁進(jìn)行燒結(jié)，得到釔鋁石榴石。在本發(fā)明中，所述燒結(jié)的溫度優(yōu)選為1500～1700℃，更優(yōu)選為1500～1650℃，最優(yōu)選為1600℃。在本發(fā)明中，所述燒結(jié)的時(shí)間優(yōu)選為10～20小時(shí)，更優(yōu)選為12～18小時(shí)，最優(yōu)選為14～16小時(shí)。在本發(fā)明中，所述燒結(jié)的方法優(yōu)選為階段升溫?zé)Y(jié)，具體包括以下步驟：(A)將氧化釔和氧化鋁以2～4℃/min的速度升溫至1100～1300℃；(B)然后以1～3℃/min升溫至1500～1700℃并保溫，得到釔鋁石榴石。在本發(fā)明中，所述步驟(A)中的升溫速度優(yōu)選為2.5～3.5℃/min，更優(yōu)選為3℃/min。在本發(fā)明中，所述步驟(A)中的升溫溫度優(yōu)選為1150～1250℃，更優(yōu)選為1200℃。在本發(fā)明中，所述步驟(B)中的升溫速度優(yōu)選為1.5～2.5℃/min，更優(yōu)選為2℃/min。在本發(fā)明中，所述步驟(B)中的升溫溫度優(yōu)選為1550～1650℃，更優(yōu)選為1600℃。在本發(fā)明中，所述步驟(B)中的保溫時(shí)間優(yōu)選為3～5小時(shí)，更優(yōu)選為3.5～4.5小時(shí)，最優(yōu)選為4小時(shí)。本發(fā)明將氧化釔和氧化鋁進(jìn)行燒結(jié)之前優(yōu)選將氧化釔和氧化鋁混合研磨。在本發(fā)明中，所述研磨優(yōu)選采用球磨的方法。在本發(fā)明中，所述球磨優(yōu)選采用氧化鋯磨球，更優(yōu)選采用大號(hào)氧化鋯磨球和小號(hào)氧化鋯磨球共同進(jìn)行球磨，所述大號(hào)氧化鋯磨球的直徑優(yōu)選為10mm，高優(yōu)選為10mm，所述小號(hào)氧化鋯磨球的直徑優(yōu)選為5mm，高優(yōu)選為5mm。在本發(fā)明中，所述大號(hào)氧化鋯磨球和小號(hào)氧化鋯磨球的質(zhì)量比優(yōu)選為(1～2)：1，更優(yōu)選為(1.4～1.6):1，最優(yōu)選為1.5:1。在本發(fā)明中，所述球磨過程中采用的試劑優(yōu)選為乙醇，更優(yōu)選為無水乙醇。本發(fā)明在球磨過程中優(yōu)選將球磨試劑倒入球磨罐2/3處。在本發(fā)明中，所述球磨的時(shí)間優(yōu)選為20～30小時(shí)，更優(yōu)選為22～28小時(shí)，最優(yōu)選為24～26小時(shí)。在本發(fā)明中，所述混合研磨完成后，優(yōu)選將得到的粉料去除研磨溶劑后干燥。在本發(fā)明中，去除所述研磨溶劑的方法優(yōu)選為旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)法。在本發(fā)明中，所述干燥的溫度優(yōu)選為50～70℃，更優(yōu)選為55～65℃，最優(yōu)選為60℃。在本發(fā)明中，所述干燥的時(shí)間優(yōu)選為20～30小時(shí)，更優(yōu)選為22～28小時(shí)，最優(yōu)選為24～26小時(shí)。在本發(fā)明中，所述氧化釔和氧化鋁的摩爾比優(yōu)選為(2～4):(4～6)，更優(yōu)選為(2.5～3.5):(4.5～5.5)，最優(yōu)選為3:5。本發(fā)明對(duì)所述復(fù)合陶瓷的形狀沒有特殊的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)所需的復(fù)合陶瓷的形狀采用不同的形狀的模具進(jìn)行熱壓燒結(jié)或者將制備得到的復(fù)合陶瓷采用機(jī)加工的方法制備成所需的形狀。在本發(fā)明中，所述復(fù)合陶瓷的形狀可以為圓柱狀也可以為矩形方塊。在本發(fā)明中，圓柱狀復(fù)合陶瓷的直徑優(yōu)選為40～60mm，更優(yōu)選為45～55mm，最優(yōu)選為50mm。在本發(fā)明中，圓柱狀復(fù)合陶瓷的高優(yōu)選為6～10mm，更優(yōu)選為7～9mm，最優(yōu)選為8mm。在本發(fā)明中，矩形方塊狀復(fù)合陶瓷的長(zhǎng)優(yōu)選為30～36mm，更優(yōu)選為32～34mm。在本發(fā)明中，矩形方塊狀復(fù)合陶瓷的寬優(yōu)選為3～5mm，更優(yōu)選為3.5～4.5mm，最優(yōu)選為4mm。在本發(fā)明中，矩形方塊狀復(fù)合陶瓷的高優(yōu)選為2～4mm，更優(yōu)選為2.5～3.5mm，最優(yōu)選為3mm。本發(fā)明以下實(shí)施例所用原料均為市售商品，所用的TiCN為H.C.STARCK公司提供的。實(shí)施例1制備YAG粉料：分別稱取6.8g的Y2O3和5.2g的Al2O3倒入干凈的球磨罐中，加入14.4g的大號(hào)氧化鋯研磨球(直徑為10mm，高為10mm)和9.6g的小號(hào)氧化鋯研磨球(直徑為5mm，高為5mm)，倒入無水乙醇至球磨罐2/3處，將球磨罐中的物料放入行星球磨機(jī)球磨24h之后使用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀去除無水乙醇，為保證粉料不含無水乙醇，放置于60℃，通風(fēng)烘箱24h，去除研磨球，得到混合均勻的粉料。將上述混合均勻的粉料置于空氣氣氛的燒結(jié)爐中，以3℃/min升溫至1200℃，之后以2℃/min升溫至1600℃并且保溫4h，制得12g高純度YAG粉料。分別稱取12g上述制備的YAG粉料和48g的TiCN并置于球磨罐中，加入80g的大號(hào)氧化鋯研磨球(直徑為10mm，高為10mm)和40g的小號(hào)氧化鋯研磨球(直徑為5mm，高為5mm)，倒入無水乙醇至球磨罐2/3處，旋轉(zhuǎn)球磨12h之后采用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)去除無水乙醇，為保證粉料不含無水乙醇，放置于60℃，通風(fēng)烘箱24h，去除研磨球，得到混合均為的粉料。將上述混合均勻的粉料置于N2氣氛的熱壓燒結(jié)爐中，常溫以5MPa壓力預(yù)壓，以15℃/min升溫至1200℃，然后以10℃/min升溫至1600℃并且保溫1h。升溫的同時(shí)抽取真空，在800℃停止抽取空氣并充入N2至常壓，1200℃勻速加壓，使壓力在1600℃達(dá)到30MPa并保壓1h，制得復(fù)合陶瓷。實(shí)施例2分別稱取10.21g的Y2O3和7.79g的Al2O3倒入干凈的球磨罐，加入24g的大號(hào)氧化鋯研磨球(直徑為10mm，高為10mm)和12g的小號(hào)氧化鋯研磨球(直徑為5mm，高為5mm)，倒入無水乙醇至球磨罐2/3處，將球磨罐中的物料放入行星球磨機(jī)球磨24h之后使用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀去除無水乙醇，為保證粉料不含無水乙醇，放置于60℃，通風(fēng)烘箱12h，去除研磨球，得到混合均勻的粉料。將上述混合均勻的粉料置于空氣氣氛的燒結(jié)爐中，以2.5℃/min升溫至1200℃，之后以1.5℃/min升溫至1600℃并且保溫4h，制得18g高純度YAG粉料。分別稱取18g上述制備的YAG粉料和42g的TiCN并置于球磨罐中，加入80g的大號(hào)氧化鋯研磨球(直徑為10mm，高為10mm)和40g的小號(hào)氧化鋯研磨球(直徑為5mm，高為5mm)，倒入無水乙醇至球磨罐2/3處。旋轉(zhuǎn)球磨12h之后采用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)去除無水乙醇，為保證粉料不含無水乙醇，放置于60℃，通風(fēng)烘箱18h，去除研磨球，得到混合均為的粉料。將上述混合均勻的粉料置于N2氣氛的熱壓燒結(jié)爐中，常溫以5MPa壓力預(yù)壓，以15℃/min升溫至1200℃，然后以10℃/min升溫至1600℃并且保溫1h。升溫的同時(shí)抽取真空，在800℃停止抽取空氣并充入N2至常壓，1200℃勻速加壓，使壓力在1600℃達(dá)到30MPa并保壓1h，制得復(fù)合陶瓷。實(shí)施例3分別稱取13.6的Y2O3和10.4g的Al2O3倒入干凈的球磨罐，加入32g的大號(hào)氧化鋯研磨球(直徑為10mm，高為10mm)和16g的小號(hào)氧化鋯研磨球(直徑為5mm，高為5mm)，倒入無水乙醇至球磨罐2/3處，將球磨罐中的物料放入行星球磨機(jī)球磨12h之后使用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀去除無水乙醇，為保證粉料不含無水乙醇，放置于60℃，通風(fēng)烘箱24h，去除研磨球，得到混合均勻的粉料。將上述混合均勻的粉料置于空氣氣氛的燒結(jié)爐中，以2℃/min升溫至1200℃，之后以1℃/min升溫至1600℃并且保溫4h，制得24g高純度YAG粉料。分別稱取24g上述制備的YAG粉料和36g的TiCN并置于球磨罐中，加入80g的大號(hào)氧化鋯研磨球(直徑為10mm，高為10mm)和40g的小號(hào)氧化鋯研磨球(直徑為5mm，高為5mm)，倒入無水乙醇至球磨罐2/3處。旋轉(zhuǎn)球磨12h之后采用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)去除無水乙醇，為保證粉料不含無水乙醇，放置于60℃，通風(fēng)烘箱24h，去除研磨球，得到混合均勻的粉料。將上述混合均勻的粉料置于N2氣氛的熱壓燒結(jié)爐中，常溫以5MPa壓力預(yù)壓，以15℃/min升溫至1200℃，然后10℃/min升溫至1600℃并且保溫1h。升溫的同時(shí)抽取真空，在800℃停止抽取空氣并充入N2至常壓，1200℃勻速加壓，使壓力在1600℃達(dá)到30MPa并保壓1h，制得復(fù)合陶瓷。實(shí)施例4按照GB/T25995-2010《精細(xì)陶瓷密度和顯氣孔率試驗(yàn)方法》測(cè)試本發(fā)明實(shí)施例制備的復(fù)合陶瓷的相對(duì)密度。按照GB/T16534-2009《精細(xì)陶瓷室溫硬度試驗(yàn)方法》測(cè)試本發(fā)明實(shí)施例制備的復(fù)合陶瓷的硬度。按照GB/T23806-2009《精密陶瓷室溫韌性測(cè)試方法》)測(cè)試本發(fā)明實(shí)施例制備的復(fù)合陶瓷的韌性。測(cè)試結(jié)果如表1所示，表1為本發(fā)明實(shí)施例1～3制備得到的復(fù)合陶瓷的性能測(cè)試結(jié)果。表1本發(fā)明實(shí)施例1～3制備得到的復(fù)合陶瓷的性能測(cè)試結(jié)果相對(duì)密度為維氏硬度斷裂韌性實(shí)施例199.6％16.5GPa6.04MPa.m1/2實(shí)施例299.4％15.4GPa5.61MPa.m1/2實(shí)施例399.5％15.6GPa5.56MPa.m1/2由以上實(shí)施例可知，本發(fā)明提供了一種復(fù)合陶瓷，包括：釔鋁石榴石和碳氮化鈦；所述釔鋁石榴石和碳氮化鈦的質(zhì)量比為A：B，0＜A≤50，50≤B≤100。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用釔鋁石榴石作為添加劑與碳氮化鈦制備復(fù)合陶瓷，YAG在高溫具有優(yōu)異的抗蠕變性能和抗氧化性好以及優(yōu)良的穩(wěn)定性，而且熔點(diǎn)比較低，在較低的溫度下具有較高的質(zhì)點(diǎn)擴(kuò)散速率，燒結(jié)性能比較好；而且YAG具有高強(qiáng)度、高模量、抗氧化、耐化學(xué)腐蝕性以及優(yōu)良的光學(xué)性能和高溫力學(xué)性能，密度和碳氮化鈦密度非常接近，YAG的添加可以提高TiCN金屬陶瓷的抗高溫蠕變性、硬度、韌性等力學(xué)性能，使本發(fā)明提供的復(fù)合陶瓷具有較高的致密度以及良好的力學(xué)性能。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3