[發(fā)明專利]一種TiC晶須增強(qiáng)金屬陶瓷及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410289095.3
• 申請日: 2014-06-24
• 公開（公告）號: CN104018052A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 熊惟皓;張國鵬;陳珊;姚振華;陳肖;黃斌;楊青青;張曼
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: C22C29/06
• 分類號: C22C29/06;C22C1/05
• 代理公司: 武漢東喻專利代理事務(wù)所(普通合伙) 42224
• 代理人: 方放

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬陶瓷及其制備方法，具體涉及一種TiC晶須增強(qiáng)金屬陶瓷及其制備方法。

背景技術(shù)

Ti(C,N)基金屬陶瓷是20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)的一種新型顆粒增強(qiáng)型復(fù)合材料，其高溫紅硬性、耐磨性、熱穩(wěn)定性和抗粘附性好，主要原料資源豐富、密度低，是制作切削刀具和熱成形模具的理想材料。世界上工業(yè)發(fā)達(dá)國家高度重視金屬陶瓷基礎(chǔ)研究及其產(chǎn)品研發(fā)，特別是資源匱乏的日本，其金屬陶瓷工模具已在車刀、銑刀、鉆頭、齒輪滾銑刀等領(lǐng)域得到推廣應(yīng)用。我國在這方面起步較晚，到目前為止，商用金屬陶瓷的推廣應(yīng)用仍極為有限，主要原因是該類材料強(qiáng)韌性較低且性能不穩(wěn)定。因此，要拓寬該類材料的應(yīng)用領(lǐng)域，必須在保持較高硬度的前提下提高其強(qiáng)韌性。

近年來，研究人員為提高結(jié)構(gòu)陶瓷復(fù)合材料的強(qiáng)韌性，采用了相變增韌、納米/亞微米顆粒復(fù)合強(qiáng)化、晶須增韌等方法對該類材料進(jìn)行改性。目前國內(nèi)生產(chǎn)的Ti(C,N)基金屬陶瓷硬度可達(dá)87～92.5HRA，抗彎強(qiáng)度約1300～1600MPa，斷裂韌性約6～9MPa·m^1/2。

公開號為CN100545127C的發(fā)明專利“SiC晶須增韌碳氮化鈦基金屬陶瓷切削刀片及其制備方法”采用SiC晶須作為增強(qiáng)劑，對Ti(C,N)-Ni-Co基金屬陶瓷進(jìn)行改性，但粘結(jié)相對SiC晶須的潤濕性較差，故其增加強(qiáng)韌性的效果不明顯。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種TiC晶須增強(qiáng)金屬陶瓷，同時提供其制備方法，目的在于提高現(xiàn)有Ti(C,N)基金屬陶瓷的抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性，以提高金屬陶瓷工模具材料的使用性能，拓寬該類材料的應(yīng)用領(lǐng)域。

本發(fā)明所提供的一種TiC晶須增強(qiáng)金屬陶瓷，由其組成原料經(jīng)球磨混料、TiC晶須分散、干燥過篩、模壓成形、脫脂和真空燒結(jié)制成，其燒結(jié)組織包括硬質(zhì)相和粘結(jié)相，所述硬質(zhì)相包括兩種陶瓷相，所述粘結(jié)相為Ni-Mo-W固溶體，其特征在于：

其組成原料為Ti(C,N)、WC、Mo、C、Ni粉末和TiC晶須；各組分質(zhì)量百分比為：23％≤Ti(C,N)粉末≤55.2％，10％≤TiC晶須≤30％，6％≤WC粉末≤10％，8％≤Mo粉末≤15％，0.8％≤C粉末≤1.2％，20％≤Ni粉末≤32％；其中，Ti(C,N)粉末的粒度小于或等于200nm，TiC晶須直徑0.4～0.8μm，長度10～60μm；

所述硬質(zhì)相中，第一種陶瓷相為(Ti,W,Mo)(C,N)固溶體；第二種陶瓷相以長條狀TiC為芯相，(Ti,W,Mo)(C,N)固溶體為環(huán)形相。

所述的TiC晶須增強(qiáng)金屬陶瓷的制備方法，包括原料混合步驟、TiC晶須分散步驟、干燥過篩、模壓成型步驟、脫脂步驟和真空燒結(jié)步驟，其特征在于：

一.原料混合步驟：按照質(zhì)量百分比：23％≤Ti(C,N)粉末≤55.2％，10％≤TiC晶須≤30％，6％≤WC粉末≤10％，8％≤Mo粉末≤15％，0.8％≤C粉末≤1.2％，20％≤Ni粉末≤32％進(jìn)行配料；將其中的Ti(C,N)粉末、WC粉末、Mo粉末、C粉和Ni粉末混合，采用球磨機(jī)濕磨，球料質(zhì)量比5:1～7:1，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速120rpm～220rpm，球磨時間24h～36h，得到混合料漿，其中，Ti(C,N)粉末的粒度小于或等于200nm，TiC晶須直徑0.4～0.8μm，長度10～60μm；

二.TiC晶須分散步驟：將TiC晶須放入極性溶劑中，經(jīng)超聲波振蕩制成懸浮溶液，使得TiC晶須穩(wěn)定分散，然后將TiC懸浮液加入到所述混合料漿中；

三.干燥過篩步驟：將加入TiC晶須后的混合料漿放入干燥箱中烘干，烘干溫度為78℃～85℃，時間8h～10h，然后將烘干后的粉末過60目～100目篩得到混合原料；

四.模壓成型步驟：在所述混合原料中加入成型劑，成型劑占混合原料的質(zhì)量百分比為3％～6％，然后模壓成型，模壓壓力150MPa～300MPa，得到壓坯；

五.脫脂步驟：將所述壓坯放入脫脂爐中脫脂，脫脂溫度250℃～400℃，保溫時間6h～9h；

六.真空燒結(jié)步驟：將脫脂后的壓坯放入真空燒結(jié)爐中燒結(jié)，真空度不低于1×10^-1Pa，先將坯料進(jìn)行預(yù)燒脫氧，預(yù)燒溫度900℃～1000℃，保溫時間100min～150min，以確保納米粉末充分脫氧，然后在1410℃～1460℃進(jìn)行燒結(jié)，保溫時間50min～90min，得到金屬陶瓷燒結(jié)體。

所述的TiC晶須增強(qiáng)金屬陶瓷的制備方法，

所述TiC分散步驟中，所述極性溶劑可以為乙醇或乙二醇；