[發明專利]一種多元碳化物固溶體增韌TiB2陶瓷及其制備方法

在審

• 申請號: 201710261868.0
• 申請日: 2017-04-20
• 公開（公告）號: CN107056314A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: 王玉金;張翰超;陳磊;劉冠杞;周玉
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C04B35/78
• 分類號: C04B35/78;C04B35/58
• 代理公司: 北京隆源天恒知識產權代理事務所(普通合伙)11473
• 代理人: 閆冬

技術領域

本發明涉及復合材料領域，具體涉及一種多元碳化物固溶體增韌TiB₂陶瓷及其制備方法。

背景技術

TiB₂基陶瓷由于其具有高熔點、高硬度、高比強度、優異的熱導率和電導率；較好的高溫力學性能和化學性能穩定，在1700℃下仍具有較好熱穩定性和化學穩定性，摩擦系數低；良好的潤濕性；熱膨脹系數小等特點。近年來受到全世界的廣泛關注，使其成為一種潛在的切削刀具材料。然而，TiB₂陶瓷及其復合材料的應用受限于其較強的脆性，即較低的斷裂韌性；因此，在不降低其硬度和高溫力學性能的前提下，提高其斷裂韌性；將極大拓展其應用領域。

與此同時，在金屬的切削過程中，提高切削速率可極大地提高加工效率，高速切削加工已成為機械制造業的重要發展方向。在高切削速度和斷續切削條件下，因承受溫度驟變所引起的周期性熱震沖擊作用，要求刀具材料具有優良的抗熱震性和高溫力學性能。

目前對TiB₂基陶瓷的增韌方法以添加陶瓷相或低熔點金屬復合為主。但是，加入陶瓷相或低熔點金屬復合會使其材料高溫下的摩擦磨損性能降低。例如2017年，雜志Tribology International(109(2017)97–103)上發表的“Fabrication and tribological properties of WC-TiB₂composite cutting tool materials under dry sliding condition”一文，其制備的WC/TiB₂復合材料，其中加入了金屬Ni添加劑，使該材料在高溫下的摩擦磨損性能降低。

鑒于上述缺陷，本發明了一種多元碳化物固溶體增韌TiB₂陶瓷及其制備方法，創作者經過長時間的研究和實踐終于獲得了本發明。

發明內容

為解決上述技術缺陷，本發明采用的技術方案在于，提供一種多元碳化物固溶體增韌TiB₂陶瓷的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

第一步，將原料TiO₂粉，WO₃粉，C粉與釩，鉻，鋯，鈮，鉬，鉿，鉭元素中最多四種不同元素的氧化物粉末，按不同比例混合；

第二步，將上述混合物粉末放入研磨機研磨；

第三步，將研磨后的粉體進行碳熱還原/固溶處理，得到多元碳化物固溶體粉末；

第四步，將所述多元碳化物固溶體粉末和TiB₂粉末混合得到混合粉末；

第五步，將所述混合粉末進行燒結，得到多元碳化物固溶體增韌TiB₂陶瓷復合材料。

較佳的，所述第三步中，進行的碳熱還原/固溶處理溫度為1400～1600℃，保溫時間為2～4h，真空度≤10Pa。

較佳的，所述第四步中，粉末混合為濕法混料，以無水乙醇為球磨介質，混料時間為24h，之后粉體在干燥箱中烘干，溫度為60℃，將完全干燥的混合粉體過篩。

較佳的，所述第五步中，所述混合粉體經過150MPa冷等靜壓成型后，采用無壓燒結方法進行燒結，燒結溫度為1600～1800℃，保溫時間為1～4h。

較佳的，所述的多元碳化物固溶體增韌TiB₂陶瓷的制備方法制備的一種多元碳化物固溶體增韌TiB₂陶瓷。

與現有技術比較本發明的有益效果在于：合成溫度低，能耗小，粉體成分可控性好，粉體粒度小，雜質少，并且在不降低其硬度和高溫力學性能的前提下，其斷裂韌性很高，并且具有優良的抗熱震性和高溫力學性能，在高溫下的摩擦磨損性能良好。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明中各實施例中的技術方案,下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。

圖1是本發明的固溶體(T_0.88,W_0.12)C的XRD圖譜。

圖2是本發明的固溶體(Ti_0.78,W_0.12,Ta_0.10)C的XRD圖譜。

圖3是本發明的固溶體(Ti_0.58,W_0.12,V_0.10,Nb_0.10,Ta_0.10)C的XRD圖譜。