[發(fā)明專利]含氧化鋁顆粒與氮化硅晶須的碳化鎢復(fù)合材料及制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110223405.8
• 申請(qǐng)日: 2011-08-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102390998A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-03-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李元元;李小強(qiáng);鄭東海;屈盛官;楊超;邵明;肖志瑜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B35/565
• 分類號(hào): C04B35/565;C04B35/81;C04B35/78;C04B35/622
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 盛佩珍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種碳化鎢(WC)材料及其制備方法，具體是指含氧化鋁(Al₂O₃)顆粒與氮化硅(β-Si₃N₄)晶須的碳化鎢復(fù)合材料及制備方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的硬質(zhì)合金是由硬質(zhì)WC相和低熔點(diǎn)金屬類粘結(jié)相組成，其中WC具有極高的硬度和優(yōu)異的抗氧化性和耐腐蝕性，而金屬類粘結(jié)劑的加入不可避免地會(huì)削弱合金的硬度、耐磨損、抗氧化和耐腐蝕等性能，另外還很有可能會(huì)使合金的耐磨性下降，特別是在高溫下金屬粘結(jié)相易軟化和氧化等特性，均會(huì)使得WC硬質(zhì)合金容易出現(xiàn)過(guò)快失效，從而限制了WC硬質(zhì)合金的應(yīng)用范圍，為此，本領(lǐng)域研究者一直為擺脫金屬粘結(jié)劑的局限而努力。另外，傳統(tǒng)硬質(zhì)合金體系中最常見(jiàn)的是WC-Co合金，而Co資源的稀缺性以及其戰(zhàn)略地位均要求WC硬質(zhì)合金應(yīng)盡可能減少或避免Co作為粘結(jié)相。

中國(guó)專利200410068022.8公開(kāi)了一種超細(xì)純碳化鎢的燒結(jié)方法，該方法是利用放電等離子燒結(jié)技術(shù)制備不含任何粘結(jié)相的純WC材料，獲得的致密純WC材料有著極高的硬度和優(yōu)異的耐磨性，但由于其斷裂韌性低，為此嚴(yán)重阻礙了該材料的應(yīng)用。WC的化學(xué)鍵主要為共價(jià)鍵，有著陶瓷材料的固有脆性。長(zhǎng)期以來(lái)，利用傳統(tǒng)陶瓷材料的強(qiáng)韌化方法(如顆粒或晶須強(qiáng)韌化)對(duì)WC進(jìn)行增韌的研究一直嚴(yán)重落后于WC-Co的研究，而鮮有報(bào)導(dǎo)。在一般陶瓷材料中，通過(guò)外加晶須對(duì)材料進(jìn)行強(qiáng)韌化處理，可以有效地提高材料的強(qiáng)度和韌性，但是這種外加晶須的方法往往存在著晶須容易相互纏繞、團(tuán)聚，難以分散等問(wèn)題，而且操作人員直接接觸晶須可能帶來(lái)健康危害，使得其可操作性大大降低。中國(guó)專利200610011114.1提出了一種原位自生β-Si₃N₄晶須增韌Si₃N₄基陶瓷以及一種利用a-Si₃N₄顆粒在高溫下向β-Si₃N₄轉(zhuǎn)變從而在基體內(nèi)原位生成β-Si₃N₄晶須的方法。這種原位生成晶須的方法不僅可增韌陶瓷基體，而且可以很好地解決通常外加陶瓷晶須時(shí)遇到的晶須容易相互纏繞、團(tuán)聚，難以分散等問(wèn)題，而且也避免了操作人員直接接觸晶須所可能帶來(lái)的健康危害。但這種方法目前只限用于Al₂O₃基和Si₃N₄基等少數(shù)幾種材料中，其應(yīng)用還有待進(jìn)一步開(kāi)發(fā)研究。

在不添加金屬粘結(jié)劑的前提下，進(jìn)一步提高WC材料的韌性又盡可能地利用純WC的高硬度特點(diǎn)，是本領(lǐng)域技術(shù)研發(fā)的熱點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種不含金屬粘結(jié)相的含氧化鋁顆粒與氮化硅晶須的碳化鎢復(fù)合材料。

本發(fā)明的另一個(gè)目的在于利用顆粒與原位自生晶須協(xié)同增韌，提供一種含氧化鋁顆粒與氮化硅晶須的碳化鎢復(fù)合材料的制備方法。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)如下措施來(lái)實(shí)現(xiàn)：

含氧化鋁顆粒與氮化硅晶須的碳化鎢復(fù)合材料，其特征在于：所述碳化鎢復(fù)合材料含氧化鋁顆粒與氮化硅晶須，其余為碳化鎢以及不可避免的雜質(zhì)相；所述氧化鋁顆粒的質(zhì)量百分比為0.5～3％；所述氮化硅晶須為原位自生β-Si₃N₄晶須，其質(zhì)量百分比為0.4～10％。

所述原位自生β-Si₃N₄晶須的長(zhǎng)徑比≥3。

含氧化鋁顆粒與氮化硅晶須的碳化鎢復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：所述制備方法包括如下步驟及其工藝條件：

步驟一：備料

將WC、Al₂O₃、a-Si₃N₄粉末按下述質(zhì)量百分比配比原料粉末：WC87～99％，Al₂O₃0.5～3％，顆粒為0.5～10μm的a-Si₃N₄0.5～10％，其余為不可避免的微量雜質(zhì)；

步驟二：粉末分散與混合

將上述原料粉末置于有機(jī)或無(wú)機(jī)溶劑中，采用強(qiáng)制手段使團(tuán)聚粉末分散，再將所得漿料進(jìn)行濕式低能球磨，制得混合漿料；

步驟三：粉末干燥與過(guò)篩

將上述混合漿料置于干燥爐內(nèi)烘干至溶劑殘余量≤1％，然后碾碎、過(guò)篩，得到顆粒尺寸≤250μm的混合粉末；

步驟四：燒結(jié)粉末