[發明專利]用于制備金屬陶瓷的粉末顆粒及金屬陶瓷的制備方法

有效

• 申請號: 201210311502.7
• 申請日: 2012-08-29
• 公開（公告）號: CN102796932A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發明（設計）人: 顏焰;陳輝;萬武輝
• 申請（專利權）人: 成都美奢銳新材料有限公司
• 主分類號: C22C29/00
• 分類號: C22C29/00;C22C1/05
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明主要涉及金屬陶瓷及其制備方法，尤其涉及Ti（C，N）基金屬陶瓷及其制備方法。

背景技術

Ti（C，N）基金屬陶瓷是一類以Ti（C，N）粉或TiC與TiN的混合粉為硬質相主要原料，以Co、Ni、Mo等金屬為粘接相原料，且通常還加入有WC、TaC、NbC、Mo₂C、VC、Cr₃C₂等過渡族金屬碳化物為添加劑經過粉碎、混合—模壓—燒結所形成的復合材料，主要用于制造切削工具。其中，粘接相金屬的選擇范圍較寬，如CN102046823A（申請人：住友電氣工業株式會社）的專利文獻中就提出可在鐵族金屬中任意選取。

目前，為提高Ti（C，N）基金屬陶瓷的硬度、斷裂韌性和抗彎強度，本領域的研究方向主要集中在過渡族金屬碳化物的添加方面，其中，尤其以WC的添加最為常見。單純采用機械混合的方法添加WC后，雖然燒結時可在硬質相上形成由（Ti，W）（C，N）復合固溶體所構成的環形殼層，但該環形殼層通常并不完整，以至硬質相中一部分的Ti（C，N）和粘接相金屬直接接觸，引起硬質相脫碳等問題，使金屬陶瓷的斷裂韌性和抗彎強度下降。

發明內容

本發明旨在提供一種能夠增強增韌的Ti（C，N）基金屬陶瓷的制備方法，以及實施該制備方法時所使用的粉末顆粒和該粉末顆粒的制備方法。

本發明的金屬陶瓷的制備方法包括的步驟為：

1）制備粉末混合物

原料的組份及配比（重量百分比）

由Ti（C，N）粒芯及WC包覆層構成的粉末顆粒：?60％～70％

鐵族金屬：?????????????????????????????????10％～20％

除WC以外的過渡族金屬碳化物：???????????????其余

按照上述組份及配比，將所述粉末顆粒、鐵族金屬以及過渡族金屬碳化物進行粉碎并混合，制得粉末混合物；

2）成型

通過壓力成型將上述粉末混合物制成壓坯；

3）燒結

將上述壓坯置于真空或保護氣氛中進行燒結，冷卻后即得到所述金屬陶瓷。

上述方法中所使用的作為硬質相原料的粉末顆粒是由Ti（C，N）粒芯及WC包覆層構成的，即由WC包覆Ti（C，N）所形成的顆粒。而現有Ti（C，N）基金屬陶瓷的硬質相原料則為Ti（C，N）粉或TiC與TiN的混合粉。相比于現有單純采用機械混合的方法添加WC，本發明通過物理包覆的方式實現了在Ti（C，N）顆粒的表面覆蓋一層WC，因此，在燒結過程中，Ti（C，N）與WC的界面形成較完整的（Ti，W）（C，N）環形化合物，（Ti，W）（C，N）在粘接相金屬中溶解占位從而阻礙Ti（C，N）中的Ti、N、C原子的擴散，有效抑制Ti、N、C原子在粘接相中的溶解和析出，降低了碳氮化鈦在粘接相中的溶解度，減少碳氮化鈦在粘接相中溶解析出再長大導致的N分解，增強碳氮化鈦的穩定性，使碳氮化鈦晶粒細化，提高金屬陶瓷的硬度和強韌性。

具體的，所述鐵族金屬選自Co、Ni、Fe、Cu中的一種或幾種。

具體的，所述過渡族金屬碳化物選自TaC、NbC、Mo₂C中的一種或幾種。

其中，所述WC包覆層的重量最好占每單位粉末顆粒重量的10％～40％。這是因為，若WC包覆層的重量占每單位粉末顆粒重量小于10％時，難以實現WC對Ti（C,N）的完全包覆，因此對材料力學性能的提高并無十分明顯（但仍有一定提高）；而若WC包覆層的重量占每單位粉末顆粒重量大于40％，則會因材料硬度的下降而使金屬陶瓷的性能達不到最理想的范圍。

此外，所述粉末顆粒的平均粒徑最好為3微米～6微米，以使制備的金屬陶瓷具更有優異的力學性能。

上述方法中的成型、燒結過程可采用現有的工藝和手段。壓力成型可以選擇模壓、等靜壓、擠壓和軋制等方法。

本發明的用于制備金屬陶瓷的粉末顆粒，其由Ti（C，N）粒芯及WC包覆層構成。

基于已陳述的理由，所述WC包覆層的重量最好占每單位粉末顆粒重量的10％～40％。

更優的選擇是WC包覆層的重量占每單位粉末顆粒重量的20％～30％。試驗表明，當WC包覆層的重量占每單位粉末顆粒重量的比例處于上述區間范圍內時，Ti（C，N）基金屬陶瓷在硬度、抗彎強度和斷裂韌性方面均明顯優于現有金屬陶瓷。

基于已陳述的理由，所述粉末顆粒的平均粒徑最好為3微米～6微米。