本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種高強度碳氮化鈦金屬陶瓷密封材料及其制備方法，該密封材料由以下重量份數(shù)粉料組成：碳化鈦粉：50-100份，氮化鈦粉：1-28份，鎳粉：5-12份，碳化鎢粉：1-8份，鉬粉：1-8份，氧化釔粉：0-6份，炭黑：0.1-1.5份。其制備方法包括混料、濕磨、烘干、篩選、壓制成型、燒結(jié)和表面研磨加工。本發(fā)明專利技術(shù)制得的碳氮化鈦金屬陶瓷密封材料具有高強度、高硬度、耐磨損、耐高溫、抗氧化、化學(xué)穩(wěn)定性好、導(dǎo)熱性好，不會因為驟冷或驟熱而脆裂，同時又具有較好的金屬韌性和可塑性，而且本發(fā)明專利技術(shù)制得的高強度碳氮化鈦金屬陶瓷密封材料密封性好，使用壽命長，不要經(jīng)常更換，使用性價比高。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種密封材料及其制備方法，尤其涉及。
技術(shù)介紹
密封材料可以承受接縫位移以達到氣密、水密目的。目前，密封材料主要有金屬材料，如:鋁、鉛、銦、不銹鋼等；非金屬材料，如:橡膠、塑料、陶瓷、石墨等；復(fù)合材料，如:橡膠-石棉板、氣凝膠氈-聚氨酯等。而目前使用最多的密封材料應(yīng)該是橡膠類彈性體密封材料，但是，橡膠類彈性體密封材料也存在著明顯的缺點，比如:容易老化，耐候性較差，耐腐蝕性較差，加上橡膠本身的彈性增大了密封材料與基體之間的摩擦力，加劇了兩者之間的磨損，使的橡膠類彈性體密封材料壽命較短。因此，急需開發(fā)一種新的密封材料來改善目前的狀況。金屬陶瓷是由陶瓷硬質(zhì)相與金屬或合金粘結(jié)相組成的結(jié)構(gòu)材料，它兼有金屬和陶瓷的優(yōu)點:高強度、高硬度 、耐磨損、耐高溫、抗氧化、化學(xué)穩(wěn)定性好、導(dǎo)熱性好，不會因為驟冷或驟熱而脆裂，同時又具有較好的金屬韌性和可塑性。因此，如果采用金屬陶瓷制備密封材料，使密封材料同時具有金屬和陶瓷的優(yōu)點，既擴大了金屬陶瓷的應(yīng)用領(lǐng)域，也使金屬陶瓷制成的密封材料具有廣闊的應(yīng)用前景。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，提出了一種強度高、密封性能好、使用壽命長的碳氮化鈦金屬陶瓷密封材料。本專利技術(shù)的目的可通過下列技術(shù)方案來實現(xiàn):一種高強度碳氮化鈦金屬陶瓷密封材料，所述密封材料由以下重量份數(shù)粉料組成:碳化鈦粉:50-100份，氮化鈦粉:1-28份，鎳粉:5_12份,碳化鶴粉:1-8份,鑰粉:1_8份,氧化乾粉:0-6份,炭黑:0.1-1.5份。本專利技術(shù)高強度密封材料是采用碳氮化鈦金屬陶瓷材料制成，其中，碳氮化鈦金屬陶瓷是在碳化鈦基金屬陶瓷基礎(chǔ)上開發(fā)出來的一種具有更高的紅硬性、力學(xué)性能、抗氧化、化學(xué)穩(wěn)定性和導(dǎo)熱性的金屬陶瓷材料。它是在碳化鈦粉的基礎(chǔ)上，以部分氮化鈦粉替代碳化鈦粉共同組成硬質(zhì)相，以鎳粉為粘結(jié)相，并添加一定量的鑰粉以增強粘結(jié)相與硬質(zhì)相之間的潤滑性，同時，還加入了碳化鎢粉、氧化釔粉和炭黑三種添加劑。在這些組成碳氮化鈦金屬陶瓷材料的粉料中，每種粉料的添加及其添加量都會影響最終制成的碳氮化鈦金屬陶瓷材料的性能。因此，本專利技術(shù)碳氮化鈦金屬陶瓷的組成粉料及其重量份數(shù)都是經(jīng)過長期實驗研究得出的。由于碳化鈦和氮化鈦具有相同的NaCl型晶體結(jié)構(gòu)，在碳化鈦中加入氮化鈦后，碳化鈦中的碳原子可以被氮原子取代從而生成連續(xù)的碳氮化鈦固溶體，并且顆粒的尺寸明顯變小，且相對更加均勻。而根據(jù)Hall-Petch公式可知，硬質(zhì)相顆粒的尺寸細化可以明顯提高材料的屈服強度。另外，氮化鈦的彈性模量大于碳化鈦的彈性模量，因此用氮化鈦代替部分碳化鈦后使得金屬陶瓷的彈性模量升高，再根據(jù)Griffith-Orowan方程可以得出添加氮化鈦后可以提高金屬陶瓷的抗彎強度。但是顆粒細化程度并非與氮化鈦的含量成線性關(guān)系，在本專利技術(shù)碳化鈦添加量的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)當?shù)伒募尤肓看蠹s在35份以后，其硬質(zhì)相顆粒尺寸不會進一步細化。通過結(jié)合實際生產(chǎn)以及經(jīng)濟效益方面的考慮，本專利技術(shù)最終確定氮化鈦的加入量不超過28份。碳氮化鈦金屬陶瓷通常都以鎳-鈷組成的混合物作為粘結(jié)相，而考慮到鈷的資源稀缺性和最終產(chǎn)品的經(jīng)濟效益，本專利技術(shù)只采用鎳作為碳氮化鈦金屬陶瓷的粘結(jié)相，并通過實驗確定了鎳的最佳添加量。另外，本專利技術(shù)還加入了鑰粉，鑰粉溶進碳氮化鈦組成包覆層包覆在硬質(zhì)相顆粒邊緣，極大的改進了陶瓷硬質(zhì)相與金屬粘結(jié)相之間的潤滑性并阻止硬質(zhì)相之間的聚集和長大，但是包覆層本身為脆性相，因此包覆層厚度應(yīng)適宜。經(jīng)長期試驗發(fā)現(xiàn)，在本專利技術(shù)碳化鈦和氮化鈦加入量的基礎(chǔ)上，當鑰粉加入量超過8份時，材料的抗彎強度明顯下降。由于原料粉末中過多的氧雜質(zhì)或氮化鈦粉末的分解，會導(dǎo)致組織缺C，在這些缺C的組織中會生成一種化學(xué)式為(Ni2Mo2.5W13) Cx的特殊化合物，該化合物的出現(xiàn)有利于提高材料的硬度和抗彎強度，但是會降低材料的斷裂韌性。因此，本專利技術(shù)在碳氮化鈦基金屬陶瓷中加入了少許炭黑和碳化鎢粉，在提高材料的硬度和抗彎強度的同時，材料的斷裂韌性不至于降低太多。此外，本專利技術(shù)主要加入了稀土元素粉用來清除雜質(zhì)元素、凈化晶界，從而提高材料的性能。因為稀土元素具有特殊的電子層結(jié)構(gòu)和活性，最外層是ns2電子，電負性很低，具有特殊的化學(xué)活性，同時，稀土元素對滲入元素有較強的吸附能力，因此加入稀土元素可以不同程度地改善金屬材料的性能。所以，本專利技術(shù)氧化釔粉中的釔元素可以吸附在碳氮化鈦基金屬陶瓷材料的粘結(jié)相和硬質(zhì)相的相界面處，從而清除從粉末原料中帶進去的O、S等雜質(zhì)元素，生成與其它元素(如T1、Mo、W、Ni等)的復(fù)合化合物，并分布在Ti (C，N)/Ni的相界面上，可以凈化陶瓷相-陶瓷相、陶瓷相-金屬相的相界面，提高其相界面的結(jié)合強度，增大裂紋沿界面擴展時的阻力，使金屬陶瓷材料的抗彎強度和硬度有所提高。但是，如果氧化釔粉的加入量過多，與O、S等雜質(zhì)元素反應(yīng)后剩余的釔就會與Ni反應(yīng)生成化合物，從而降低抗彎強度和硬度。所以試驗表明，氧化釔含量不超過本專利技術(shù)上述范圍時性能最好。 作為優(yōu)選，所述密封材料由以下重量份數(shù)粉料組成:碳化鈦粉:60-90份，氮化欽粉:1_20份，鎮(zhèn)粉:6_10份，碳化鶴粉:1-5份，鑰粉:2_5份，氧化乾粉:0_4份，炭黑:0.2-0.9 份。上述配制是對本專利技術(shù)的碳氮化鈦金屬陶瓷密封材料配方的進一步優(yōu)化，通過上述優(yōu)化配伍，使本專利技術(shù)碳氮化鈦金屬陶瓷密封材料的硬度、抗彎強度等力學(xué)性能和經(jīng)濟效益得到進一步提聞。作為優(yōu)選，所述粉料粒徑為1-6 μ m，純度> 99%。本專利技術(shù)所選取的粉料粒徑細、純度高，因此，可以保證粉料燒結(jié)后的晶粒度。本專利技術(shù)另一個目的在于提供上述一種高強度碳氮化鈦金屬陶瓷密封材料的制備方法，所述制備方法包括以下步驟:S1、按上述高強度碳氮化鈦金屬陶瓷密封材料的組成粉料及其重量份數(shù)稱取原料并混合均勻；S2、將上述混合均勻的粉料放入球磨機中，并加入液體介質(zhì)進行常溫濕磨；S3、用真空干燥機回收上述濕磨好的漿料中的液體介質(zhì)，得到粉料，再用蒸汽干燥箱將粉料烘干，烘干后粉料用40-80目篩篩選1-3次后加入合金成型劑，之后再進行烘干并用40-80目篩篩選1-3次；S4、將上述篩選出來的粉料加入到鋼模中，并加壓到30-150MPa/cm2壓制成型，壓制時間為4-25s ；S5、將上述壓制成型后的素坯放入到真空爐內(nèi)燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1300-1500°C，保溫時間為0.5-3.5小時；S6、將上述燒結(jié)后的素坯進行表面研磨加工后制得最終產(chǎn)品高強度碳氮化鈦金屬陶瓷密封材料。作為優(yōu)選，步驟S2中所述濕磨的液體介質(zhì)為甲醇、無水乙醇、丙酮中的一種，球料比為(3-6):1，固液重量比為1: (0.6-2)，濕磨時間為40-110小時。作為優(yōu)選，步驟S2中所述濕磨的液體介質(zhì)為無水乙醇，球料比為4:1，固液重量比為1:1，濕磨時間為48-96小時。作為優(yōu)選，步驟S3中所述合金成型劑為石蠟、橡膠、聚乙二醇中的一種。作為優(yōu)選，步驟S3中所述合金成型劑為橡膠。作為優(yōu)選，步驟S4中所述壓制成型的壓力為40_110MPa/cm2，壓制時間為10_20s。作為優(yōu)選，步驟S5中所述素坯燒結(jié)溫度為1350°C -1480°C，保溫時間為0.5-2小時。本專利技術(shù)碳氮化鈦金屬陶瓷的制備方法中，先采用混料機將粉末機械地本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種高強度碳氮化鈦金屬陶瓷密封材料，其特征在于，所述密封材料由以下重量份數(shù)粉料組成：碳化鈦粉：50?100份，氮化鈦粉：1?28份，鎳粉：5?12份，碳化鎢粉：1?8份，鉬粉：1?8份，氧化釔粉：0?6份，炭黑：0.1?1.5份。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種高強度碳氮化鈦金屬陶瓷密封材料，其特征在于，所述密封材料由以下重量份數(shù)粉料組成:碳化欽粉:50-100份,氮化欽粉:1-28份,鎮(zhèn)粉:5_12份,碳化鶴粉:1-8份,鑰粉:1-8份,氧化f乙粉:0_6份,炭黑:0.1-1.5份。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強度碳氮化鈦金屬陶瓷密封材料，其特征在于，所述密封材料由以下重量份數(shù)粉料組成:碳化鈦粉:60-90份，氮化鈦粉:1-20份，鎳粉:6-10份，碳化鶴粉:1_5份，鑰粉:2_5份，氧化I乙粉:0_4份，炭黑:0.2-0.9份。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種高強度碳氮化鈦金屬陶瓷密封材料，其特征在于，所述粉料粒徑為1-6 μ m,純度> 99%。4.一種高強度碳氮化鈦金屬陶瓷密封材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟: 51、按權(quán)利要求1所述的高強度碳氮化鈦金屬陶瓷密封材料的組成粉料及其重量份數(shù)稱取原料并混合均勻； 52、將上述混合均勻的粉料放入球磨機中，并加入液體介質(zhì)進行常溫濕磨； 53、用真空干燥機回收上述濕磨好的漿料中的液體介質(zhì)，得到粉料，再用蒸汽干燥箱將粉料烘干，烘干后粉料用40-80目篩篩選1-3次后加入合金成型劑，之后再進行烘干并用40-80目篩篩選1-3次； 54、將上述篩選出來的粉料加入到鋼模中，并加壓到30-150MPa/cm2壓制成型，壓制時間為4-25s ； 55、將...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李友寶，勵永平，
申請(專利權(quán))人：寧波東聯(lián)密封件有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：浙江;33
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