本發(fā)明屬于高溫耐火材料制造技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種新型耐高溫金屬陶瓷復(fù)合材料及制備方法。
背景技術(shù)：
為了使陶瓷既可以耐高溫又不容易破碎，人們?cè)谥谱魈沾傻恼惩晾锛恿诵┙饘俜?，因此制成了金屬陶瓷。金屬基金屬陶瓷是在金屬基體中加入氧化物細(xì)粉制得，又稱彌散增強(qiáng)材料。廣義的金屬陶瓷還包括難熔化合物合金、硬質(zhì)合金、金屬粘結(jié)的金剛石工具材料。金屬陶瓷中的陶瓷相是具有高熔點(diǎn)、高硬度的氧化物或難熔化合物，金屬相主要是過(guò)渡元素（鐵、鈷、鎳、鉻、鎢、鉬等）及其合金。金屬陶瓷材料的耐熱特性，決定了金屬陶瓷材料的特定用途，現(xiàn)有技術(shù)制備的金屬陶瓷復(fù)合材料，包括陶瓷粉、粘合劑等，具有較高的耐熱特性，但是其耐熱的特性仍有待提高。
因此，需要研發(fā)一種更加耐高溫的新型金屬陶瓷復(fù)合材料及其制備方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種新型耐高溫金屬陶瓷復(fù)合材料及制備方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面提供一種新型耐高溫金屬陶瓷復(fù)合材料，所述新型耐高溫金屬陶瓷復(fù)合材料包括如下重量份數(shù)的組分：碳化硅22-46份、三氧化二鎳18-35份、氧化鋯纖維5-15份、二氧化釷3-8份、氧化銫6-12份、二硼化釩4-10份、活性氧化鋁3-5份、鱗片石墨3-9份、粘結(jié)劑0.1-4份。
優(yōu)選地，所述碳化硅的制備方法如下：
（1）稱取碳化硅并進(jìn)行研磨，研磨后采用水力分級(jí)錐形筒對(duì)碳化硅進(jìn)行分選，得到半固態(tài)的碳化硅粉；
（2）將（1）中獲得的半固態(tài)的碳化硅粉烘干，烘干溫度為60-80℃，烘干時(shí)間為50-60s；
（3）將烘干后的碳化硅粉經(jīng)過(guò)管道送入超聲波振動(dòng)篩裝置中，碳化硅粉經(jīng)過(guò)振動(dòng)后抖落在收集器中，即可。
優(yōu)選地，所述（3）中超聲波振動(dòng)篩的振動(dòng)頻率為50hz。
優(yōu)選地，所述活性氧化鋁的比表面為280-360m2/g。
優(yōu)選地，所述鱗片石墨的粒度為205-600μm，碳含量為95-99％。
優(yōu)選地，所述粘結(jié)劑為糠醛樹脂。
本發(fā)明的另一個(gè)方面提供一種新型耐高溫金屬陶瓷復(fù)合材料的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：
（1）按權(quán)利要求1的重量份數(shù)稱量碳化硅、三氧化二鎳、氧化鋯纖維、二氧化釷、氧化銫、二硼化釩、活性氧化鋁、鱗片石墨、粘結(jié)劑，備用；
（2）將（1）中各原料置于混合機(jī)中進(jìn)行混合，混合至均一為止，得混合物；
（3）將混合物用球磨機(jī)進(jìn)行球磨；
（4）將球磨后的混合物放在熱壓爐中進(jìn)行高溫壓合，升溫速率為45-60℃/min，爐內(nèi)溫度升高到720-780℃，在該溫度下保溫25-30min，保溫后將升溫速率改為30-35℃/min，繼續(xù)升高熱壓爐內(nèi)溫度到1520-1600℃，燒結(jié)的時(shí)間為2-3.5h，燒結(jié)完成后進(jìn)行冷卻，即可。
優(yōu)選地，所述冷卻速度為35-50℃/min。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：
（1）本發(fā)明提供的一種新型耐高溫金屬陶瓷復(fù)合材料，該復(fù)合材料配方加入碳化硅、活性氧化鋁、鱗片石墨、氧化鋯纖維，上述原料發(fā)揮各自的耐高溫等方面的優(yōu)越性能，再結(jié)合其他組分，使得制備的金屬陶瓷復(fù)合材料獲得突出的耐高溫性能，最高耐熱溫度達(dá)1500℃；
（2）本發(fā)明提供的一種新型耐高溫金屬陶瓷復(fù)合材料，該復(fù)合材料配方中添加的活性氧化鋁具有多孔結(jié)構(gòu)，高比表面積，具備優(yōu)良的熱穩(wěn)定性等特性，將其用于制備金屬陶瓷復(fù)合材料，提高了復(fù)合材料的耐高溫性。
（3）本發(fā)明提供的一種新型耐高溫金屬陶瓷復(fù)合材料，該復(fù)合材料配方中添加的鱗片石墨，其形似魚磷狀，屬六方晶系，呈層狀結(jié)構(gòu)，片薄且韌性好，物化性能優(yōu)異，具有良好的熱傳導(dǎo)性、導(dǎo)電性、抗熱震性，耐腐蝕性等。在非氧化條件下，片狀石墨具有極高的耐火性：鱗片石墨可在耐火材料晶粒和碳結(jié)合劑間形成細(xì)密的“緩沖帶”，可吸收熱應(yīng)力。由于其的不潤(rùn)濕特性，能顯著地提高金屬陶瓷復(fù)合材料的熱震穩(wěn)定性，將其用于制備金屬陶瓷復(fù)合材料，提高了復(fù)合材料的耐高溫性。
（4）本發(fā)明提供的一種新型耐高溫金屬陶瓷復(fù)合材料，該復(fù)合材料配方中添加的碳化硅具有耐腐蝕、耐高溫、高強(qiáng)度、導(dǎo)熱性能良好、抗沖擊性優(yōu)異等特點(diǎn)。故而保證了金屬陶瓷復(fù)合材料的高強(qiáng)度，耐高溫性、高溫耐磨性等要求。
（5）本發(fā)明提供的一種新型耐高溫金屬陶瓷復(fù)合材料，該復(fù)合材料配方中添加的糠醛樹脂其結(jié)合強(qiáng)度高，樹脂具有良好的成型性能，又有很好的韌性，且便于調(diào)整結(jié)構(gòu)和性能，在高于1600℃的溫度下仍能保持穩(wěn)定，將其用作制備金屬陶瓷復(fù)合材料的粘結(jié)劑，利于加工，且提高了復(fù)合材料的耐高溫性。
（6）本發(fā)明提供的一種新型耐高溫金屬陶瓷復(fù)合材料，該復(fù)合材料配方中添加的氧化鋯纖維通常應(yīng)用在陶瓷燒結(jié)、金屬冶煉、高溫分解、半導(dǎo)體制造、石英熔融等領(lǐng)域，用來(lái)制造耐高于1500℃以上高溫的超高溫工業(yè)窯爐、超高溫實(shí)驗(yàn)電爐和其他超高溫加熱裝置等，還可作為高溫過(guò)濾材料和高溫反應(yīng)催化劑載體。可見，氧化鋯纖維在耐高溫方面具有顯著的效果，將其用于制備金屬陶瓷復(fù)合材料，極大地提高了復(fù)合材料的耐高溫性。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。
實(shí)施例1
本實(shí)施例提供的一種新型耐高溫金屬陶瓷復(fù)合材料，所述新型耐高溫金屬陶瓷復(fù)合材料包括如下重量份數(shù)的組分：碳化硅46份、三氧化二鎳18份、氧化鋯纖維15份、二氧化釷3份、氧化銫12份、二硼化釩4份、活性氧化鋁5份、鱗片石墨3份、粘結(jié)劑4份。
其中，所述碳化硅的制備方法如下：
（1）稱取碳化硅并進(jìn)行研磨，研磨后采用水力分級(jí)錐形筒對(duì)碳化硅進(jìn)行分選，得到半固態(tài)的碳化硅粉；
（2）將（1）中獲得的半固態(tài)的碳化硅粉烘干，烘干溫度為80℃，烘干時(shí)間為50s；
（3）將烘干后的碳化硅粉經(jīng)過(guò)管道送入超聲波振動(dòng)篩裝置中，碳化硅粉經(jīng)過(guò)振動(dòng)后抖落在收集器中，即可。
其中，所述（3）中超聲波振動(dòng)篩的振動(dòng)頻率為50hz。
其中，所述活性氧化鋁的比表面為360m2/g。
其中，所述鱗片石墨的粒度為600μm，碳含量為95％。
其中，所述粘結(jié)劑為糠醛樹脂。
本發(fā)明的另一個(gè)方面提供一種新型耐高溫金屬陶瓷復(fù)合材料的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：
（1）按權(quán)利要求1的重量份數(shù)稱量碳化硅、三氧化二鎳、氧化鋯纖維、二氧化釷、氧化銫、二硼化釩、活性氧化鋁、鱗片石墨、粘結(jié)劑，備用；
（2）將（1）中各原料置于混合機(jī)中進(jìn)行混合，混合至均一為止，得混合物；
（3）將混合物用球磨機(jī)進(jìn)行球磨；
（4）將球磨后的混合物放在熱壓爐中進(jìn)行高溫壓合，升溫速率為60℃/min，爐內(nèi)溫度升高到720℃，在該溫度下保溫30min，保溫后將升溫速率改為30℃/min，繼續(xù)升高熱壓爐內(nèi)溫度到1600℃，燒結(jié)的時(shí)間為2h，燒結(jié)完成后進(jìn)行冷卻，所述冷卻速度為50℃/min，即可。
實(shí)施例2
本實(shí)施例提供的一種新型耐高溫金屬陶瓷復(fù)合材料，所述新型耐高溫金屬陶瓷復(fù)合材料包括如下重量份數(shù)的組分：碳化硅22份、三氧化二鎳35份、氧化鋯纖維5份、二氧化釷8份、氧化銫6份、二硼化釩10份、活性氧化鋁3份、鱗片石墨9份、粘結(jié)劑0.1份。
其中，所述碳化硅的制備方法如下：
（1）稱取碳化硅并進(jìn)行研磨，研磨后采用水力分級(jí)錐形筒對(duì)碳化硅進(jìn)行分選，得到半固態(tài)的碳化硅粉；
（2）將（1）中獲得的半固態(tài)的碳化硅粉烘干，烘干溫度為60℃，烘干時(shí)間為60s；
（3）將烘干后的碳化硅粉經(jīng)過(guò)管道送入超聲波振動(dòng)篩裝置中，碳化硅粉經(jīng)過(guò)振動(dòng)后抖落在收集器中，即可。
其中，所述（3）中超聲波振動(dòng)篩的振動(dòng)頻率為50hz。
其中，所述活性氧化鋁的比表面為280m2/g。
其中，所述鱗片石墨的粒度為600μm，碳含量為95％。
其中，所述粘結(jié)劑為糠醛樹脂。
本發(fā)明的另一個(gè)方面提供一種新型耐高溫金屬陶瓷復(fù)合材料的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：
（1）按權(quán)利要求1的重量份數(shù)稱量碳化硅、三氧化二鎳、氧化鋯纖維、二氧化釷、氧化銫、二硼化釩、活性氧化鋁、鱗片石墨、粘結(jié)劑，備用；
（2）將（1）中各原料置于混合機(jī)中進(jìn)行混合，混合至均一為止，得混合物；
（3）將混合物用球磨機(jī)進(jìn)行球磨；
（4）將球磨后的混合物放在熱壓爐中進(jìn)行高溫壓合，升溫速率為45℃/min，爐內(nèi)溫度升高到780℃，在該溫度下保溫25min，保溫后將升溫速率改為35℃/min，繼續(xù)升高熱壓爐內(nèi)溫度到1520℃，燒結(jié)的時(shí)間為3.5h，燒結(jié)完成后進(jìn)行冷卻，所述冷卻速度為35℃/min，即可。
實(shí)施例3
本實(shí)施例提供的一種新型耐高溫金屬陶瓷復(fù)合材料，所述新型耐高溫金屬陶瓷復(fù)合材料包括如下重量份數(shù)的組分：碳化硅36份、三氧化二鎳25份、氧化鋯纖維11份、二氧化釷5份、氧化銫9份、二硼化釩7份、活性氧化鋁4份、鱗片石墨7份、粘結(jié)劑3份。
其中，所述碳化硅的制備方法如下：
（1）稱取碳化硅并進(jìn)行研磨，研磨后采用水力分級(jí)錐形筒對(duì)碳化硅進(jìn)行分選，得到半固態(tài)的碳化硅粉；
（2）將（1）中獲得的半固態(tài)的碳化硅粉烘干，烘干溫度為64℃，烘干時(shí)間為55s；
（3）將烘干后的碳化硅粉經(jīng)過(guò)管道送入超聲波振動(dòng)篩裝置中，碳化硅粉經(jīng)過(guò)振動(dòng)后抖落在收集器中，即可。
其中，所述（3）中超聲波振動(dòng)篩的振動(dòng)頻率為50hz。
其中，所述活性氧化鋁的比表面為290m2/g。
其中，所述鱗片石墨的粒度為400μm，碳含量為97％。
其中，所述粘結(jié)劑為糠醛樹脂。
本發(fā)明的另一個(gè)方面提供一種新型耐高溫金屬陶瓷復(fù)合材料的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：
（1）按權(quán)利要求1的重量份數(shù)稱量碳化硅、三氧化二鎳、氧化鋯纖維、二氧化釷、氧化銫、二硼化釩、活性氧化鋁、鱗片石墨、粘結(jié)劑，備用；
（2）將（1）中各原料置于混合機(jī)中進(jìn)行混合，混合至均一為止，得混合物；
（3）將混合物用球磨機(jī)進(jìn)行球磨；
（4）將球磨后的混合物放在熱壓爐中進(jìn)行高溫壓合，升溫速率為50℃/min，爐內(nèi)溫度升高到770℃，在該溫度下保溫28min，保溫后將升溫速率改為33℃/min，繼續(xù)升高熱壓爐內(nèi)溫度到1600℃，燒結(jié)的時(shí)間為3.5h，燒結(jié)完成后進(jìn)行冷卻，所述冷卻速度為40℃/min，即可。
性能測(cè)試：
本實(shí)施例1-3制備的金屬陶瓷復(fù)合材料最高耐熱溫度分別為1400℃、1460℃、1500℃，而普通的復(fù)合材料最高耐熱溫度僅為1100℃。由此可見，本發(fā)明的金屬陶瓷復(fù)合材料具有突出的耐高溫性。
以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。