[發(fā)明專利]一種WC-Al2O3納米復(fù)合材料的制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310291501.5
• 申請(qǐng)日: 2013-07-11
• 公開（公告）號(hào): CN103360074A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱世根;董威威;瞿海霞;歐陽辰鑫;宋月蓉;劉秀蕊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東華大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B35/56
• 分類號(hào): C04B35/56;C04B35/622
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩;金麗利

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種WC-Al₂O₃納米復(fù)合材料的制備方法，特別涉及一種添加有含有稀土氧化物的WC-Al₂O₃納米復(fù)合材料的制備方法，屬于高技術(shù)結(jié)構(gòu)陶瓷及其應(yīng)用領(lǐng)域。

背景技術(shù)

碳化鎢(WC)與其他復(fù)合陶瓷以及難熔金屬相比，具有高硬度，一定的塑性和與熔化金屬有好的濕潤性等一系列優(yōu)良的物理力學(xué)性能，廣泛應(yīng)用于冶金、機(jī)械等部門，在現(xiàn)代工業(yè)中占有十分重要的地位。鑒于鈷(Co)對(duì)WC有良好的濕潤性能，并且WC在Co中有一定的溶解度，所以多年來Co一直是復(fù)合陶瓷最主要的粘結(jié)劑。但是Co是一種貴重而稀有、具有重要戰(zhàn)略意義的資源，中國Co礦資源貧乏，而且分布分散，品位低，開采成本高。目前我國每年需要進(jìn)口大量的Co礦。從2001年進(jìn)口Co精礦2900多噸增加到2002年前9個(gè)月的3854噸，使國際Co價(jià)上揚(yáng)20％左右。作為資源消費(fèi)大國，大量地利用外部資源會(huì)導(dǎo)致國際市場(chǎng)資源價(jià)格的上升，同時(shí)也對(duì)自身的需求造成巨大的市場(chǎng)和價(jià)格風(fēng)險(xiǎn)，所以尋找Co的代替品，降低合金成本，已經(jīng)引起廣大科研工作者的廣泛關(guān)注。同時(shí)，以Co作為粘結(jié)劑的復(fù)合陶瓷，其抗腐蝕性能較差，在某些惡劣條件下使用時(shí)，工件很快被腐蝕，壽命縮短，難以滿足對(duì)工件的使用要求，雖然氧化鋁(Al₂O₃)韌性略差于Co，但價(jià)格與Co相比便宜很多，更重要的是耐腐蝕性，耐高溫性以及熱穩(wěn)定性好，可以滿足惡劣條件下的要求。所以用Al₂O₃代替貴金屬Co具有一定的實(shí)用意義。

傳統(tǒng)的復(fù)合材料，其硬度和韌性是一對(duì)相互制約的矛盾體，在硬度提高的情況下，會(huì)犧牲韌性；韌性提高，則硬度下降。而研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)WC-Co晶粒降到1μm以下時(shí)，復(fù)合陶瓷的硬度和強(qiáng)度可同時(shí)提高，當(dāng)晶粒結(jié)構(gòu)尺寸減少到5nm時(shí)，合金的性能會(huì)發(fā)生突變。研究發(fā)現(xiàn)如果WC-Co復(fù)合陶瓷的晶粒尺寸達(dá)到納米尺寸級(jí)別時(shí)，將具有更高的硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度，所以制備納米復(fù)合粉體是制備高性能復(fù)合材料的前提。

納米材料比表面大的優(yōu)點(diǎn)使得它們與塊體材料相比，其表面排列的原子數(shù)目與內(nèi)部原子數(shù)目之比明顯增加。由于表面原子的鍵合狀態(tài)與內(nèi)部原子不同，鍵態(tài)失配，因而出現(xiàn)非化學(xué)平衡，使納米材料的化學(xué)活性增強(qiáng)。在WC和Al₂O₃的機(jī)械合金化過程中，正是基于納米材料的強(qiáng)化學(xué)活性才導(dǎo)致發(fā)生機(jī)械固態(tài)相還原反應(yīng)，從而形成WC-Al₂O₃納米復(fù)合粉末。

稀土元素電價(jià)高、半徑大、極化力強(qiáng)、化學(xué)活性很活潑。稀土元素特殊的電子層結(jié)構(gòu)，擁有特殊的性能特征，其應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛，在冶金、石油化工、輕紡、玻璃陶瓷等許多方面都得到了應(yīng)用，并取得了較好的效果。特別是隨著新型精細(xì)陶瓷材料技術(shù)的發(fā)展，科研人員通過在精細(xì)陶瓷材料中引入各種稀土氧化物，明顯的細(xì)化了材料的微觀組織，大大提高并改善了陶瓷材料的性能，使稀土元素在陶瓷材料領(lǐng)域起到了越來越重要的作用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種高性能的WC/Al₂O₃納米復(fù)合材料的制備方法，該方法工藝簡單、技術(shù)參數(shù)可控性強(qiáng)、成本低、投資少、產(chǎn)率高，制備的粉末晶粒尺寸細(xì)小，具有較高的硬度和韌性，是一種綜合性能良好的新型合金，其性能與超細(xì)WC/Co復(fù)合陶瓷相當(dāng)，Al₂O₃成功的代替了稀貴金屬Co，適合工業(yè)化生產(chǎn)。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供了一種WC-Al₂O₃納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，具體步驟為：

第一步：將各原料按比例混合，所述的原料包括粒徑為1-5μm的WC以及粒徑為1-5μm的Al₂O₃，將所得的混合物裝入球磨罐中，加入硬脂酸，硬脂酸與混合物的質(zhì)量比為0.5-2∶100；按4∶1-10∶1的球料比裝入磨球，將球磨罐密封，并抽真空，然后充入氫氣或惰性氣體；將球磨罐安裝到球磨機(jī)上，并蓋好球磨機(jī)的外罩，在100-500r/min的轉(zhuǎn)速下連續(xù)球磨1-70小時(shí)，得到WC-Al₂O₃納米復(fù)合粉末；