[發明專利]自生氮化硅晶須增韌碳化鎢復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201210189035.5
• 申請日: 2012-06-08
• 公開（公告）號: CN102701773A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 李小強;鄭東海;李元元;屈盛官;楊超
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C04B35/81
• 分類號: C04B35/81;C04B35/56;C04B35/622
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 盛佩珍

技術領域

本發明涉及一種碳化鎢（WC）材料及其制備方法，具體是指自生氮化硅（β-Si₃N₄）晶須增韌碳化鎢復合材料及其制備方法。

背景技術

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

中國專利200410068022.8公開了一種超細純碳化鎢的燒結方法，該方法是利用放電等離子燒結技術制備不含任何粘結相的純WC材料，獲得的致密純WC材料有著極高的硬度和優異的耐磨性，但由于其斷裂韌性明顯偏低，嚴重阻礙了該材料的應用。WC的化學鍵主要為共價鍵，有著陶瓷材料的固有脆性。長期以來，利用傳統陶瓷材料的強韌化方法（如晶須強韌化）對WC進行增韌的研究一直嚴重落后于WC-Co的研究，而鮮有報導。在一般陶瓷材料中，通過外加晶須對材料進行強韌化處理，可以有效地提高材料的強度和韌性，但是這種外加晶須的方法往往存在著晶須容易相互纏繞、團聚，難以分散等問題,而且操作人員直接接觸晶須可能帶來健康危害,使得其可操作性大大降低。中國專利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α-Si₃N₄顆粒在高溫下向β-Si₃N₄轉變從而在基體內原位生成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遇到的晶須容易相互纏繞、團聚，難以分散等問題,同時也避免了操作人員直接接觸晶須所可能帶來的健康危害。但這種方法目前只限用于Al₂O₃基和Si₃N₄基等少數幾種材料中，其應用還有待進一步開發研究。

在不添加金屬粘結劑的前提下，進一步提高WC材料的韌性又盡可能地利用純WC的高硬度特點，是本領域技術研發的熱點。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足之處，提供一種不含金屬粘結相的由自生氮化硅晶須增韌的碳化鎢復合材料。

本發明的另一個目的在于提供一種自生氮化硅晶須增韌的碳化鎢復合材料的制備方法。

本發明的目的可以通過如下措施來實現：

自生氮化硅晶須增韌碳化鎢復合材料，其特征在于：所述碳化鎢復合材料含氮化硅晶須、氧化釔與氧化鋁添加劑，其余為碳化鎢以及不可避免的雜質相；所述氮化硅晶須為原位自生β-Si₃N₄晶須，其質量百分比為3.7～18.6％；所述氧化釔添加劑的質量百分比為0.1～1.2％；所述氧化鋁添加劑的質量百分比為0.1～1.2％。

所述原位自生β-Si₃N₄晶須的長徑比≥3。

自生氮化硅晶須增韌碳化鎢復合材料的制備方法，其特征在于：所述制備方法包括如下步驟及工藝條件：

步驟一：備料

將WC、α-Si₃N₄、Al₂O₃、Y₂O₃粉末按下述質量百分比配比原料粉末：WC?80～95％，α-Si₃N₄4.6～18.6％，Y₂O₃0.1～1.2％，Al₂O₃0.1～1.2％，其中Y₂O₃+Al₂O₃≥0.4％，其余為不可避免的微量雜質；

步驟二：粉末混合

將上述原料粉末置于有機或無機溶劑中進行濕式低能球磨，制得混合漿料；

步驟三：粉末干燥與過篩