[發明專利]一種超細碳化釩增強陶瓷刀具材料的制備方法

有效

• 申請號: 201310476445.2
• 申請日: 2013-10-12
• 公開（公告）號: CN103553618A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 鄒斌;黃傳真;劉含蓮;朱洪濤;姚鵬;季文彬
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C04B35/56
• 分類號: C04B35/56;C04B35/58;C04B35/78;C04B35/622
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 崔苗苗

技術領域

本發明涉及一種復合陶瓷刀具材料，特別涉及一種超細碳化釩（VC）顆粒強韌化TiB₂-TiC+Al₂O₃復合陶瓷刀具材料及其制備方法，屬于新材料技術領域。

背景技術

TiB₂陶瓷具有獨特的物理化學性能，如熔點高、高溫硬度高、熱傳導性好、與金屬的黏著性和摩擦系數低、化學穩定性好等，是優良的刀具材料候選組分之一。但TiB₂單相陶瓷很難燒結、且其強度和韌性很低，難以獨立滿足刀具切削可靠性的使用要求；通過添加適合作為刀具材料組分的TiC和Al₂O₃，能提高復合刀具材料的力學性能，但提升空間有限。

專利CN102094144A公開了一種超細WC顆粒增韌補強TiB₂基復合陶瓷刀具材料及其制備方法，將按比例配制的TiB₂、WC、Ni、Mo混合粉末裝入缸式球磨機中，用硬質合金球磨24小時和用200目篩過篩；將過篩后的配料裝入上下封閉的石墨容器，再放入真空高溫燒結爐內；采用分階段加壓和階梯逐步升溫熱壓燒結制備TiB2-WC復合陶瓷刀具材料。專利CN102094144A是借助于增強相超細WC的高燒結活性和強韌性提高TiB₂基復合陶瓷刀具材料的力學性能。

發明內容

本發明的目的是，通過加入超細碳化物改善金屬粘結相對基體的潤濕性，阻止基體晶粒的異常長大，并細化晶粒，提高TiB₂-TiC+Al₂O₃復合陶瓷刀具材料的力學性能，獲得質量優良、成本低廉和工藝簡單的制備方法。

本發明采取的技術方案為：

一種超細碳化釩增強陶瓷刀具材料的制備方法，包括步驟如下：

（1）將TiB₂-TiC共晶粉體（組分質量比例為TiB₂:TiC=7:3，為市購產品）、超細VC粉體（粒度范圍0.5～1.0um）、Al₂O₃粉和納米Ni粉裝入球磨機中，用Al₂O₃球球磨10-50小時后干燥并將混合粉末用200目篩過篩；

（2）將過篩后的混合粉末置于石墨容器中封閉，將石墨容器放入真空高溫燒結爐內直接加熱并緩慢加壓，在30-50分鐘內溫度升至1650℃，壓力升至30MPa，在1650℃溫度、30MPa壓力下保溫30±10分鐘，停止加熱自然冷卻。

上述步驟（1）所述的原料質量百分比組成為TiB₂-TiC共晶粉體70.7～75.5wt%，超細VC粉體0.1～4.8wt%、Al₂O₃粉18.0-20.0wt%，納米Ni粉6.4-8.0wt%。

上述步驟（1）所述的原料優選的質量比例為TiB₂-TiC共晶粉體:Al₂O₃粉:超細VC粉:納米Ni粉=72.3:18.0:3.2:6.5。

本發明利用超細VC的粒徑效應使其廣泛彌散分布與三相顆粒之間，改善金屬粘結相對基體的潤濕性能；球磨中Al₂O₃球的相互碰撞而形成Al₂O₃磨屑，這些磨屑在球磨過程中逐步混入TiB₂-TiC共晶粉體中，從而更好地形成TiB₂-TiC+Al₂O₃復合粉體；利用超細VC與TiB₂和TiC的良好相容性，在燒結過程中使V能固溶進入TiC顆粒中形成固溶體，凈化復合材料的晶界，阻止燒結過程中基體晶粒的異常長大，達到細化晶粒的目的，提高復合材料的綜合力學性能，制備的復合陶瓷刀具材料適合制作用于切削加工高硬度、高強度工件材料的刀具。且成本低，設備及工藝簡單，易于產業化。

本發明是利用超細VC與基體TiB₂和TiC的良好相容性，細化基體晶粒，組織晶粒的異常長大，從而達到提高依靠基體自身提高復合陶瓷刀具材料的力學性能。制備的復合材料具有更高強度和韌性。