[發明專利]一種Ti(C,N)基金屬陶瓷的新型制備方法

在審

• 申請號: 202110648963.2
• 申請日: 2021-06-10
• 公開（公告）號: CN113430410A
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 趙志偉;張果果;鄭紅娟;盧新坡;王順;趙小苗
• 申請（專利權）人: 河南工業大學
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C29/04;B22F3/105
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本發明屬于金屬陶瓷制備領域，涉及一種Ti(C,N)基金屬陶瓷的新型制備方法。所述的制備方法包括以下步驟：a、按比例取納米氧化鈦、納米碳黑、納米氧化鎢和納米氧化鈷，經過均勻混合后，置于微波燒結爐中進行微波原位合成，制得Ti(C_0.5,N_0.5)?WC?Co納米復合粉末。b、按量取步驟a所制得的Ti(C_0.5,N_0.5)?WC?Co納米復合粉末，采用放電等離子燒結設備進行燒結，最終制得超細或納米Ti(C,N)基金屬陶瓷。該Ti(C,N)基金屬陶瓷相對于傳統燒結方法制備的Ti(C,N)基金屬陶瓷斷裂韌性提高35?66%，硬度（HRA）提高7?24%，抗彎強度提高35?83%。本方法將原料經過均勻混合干燥后放置在放電等離子設備中進行燒結，具有反應溫度低、時間短、操作工藝簡單等特點，所得Ti(C,N)基金屬陶瓷組織均勻，無明顯孔洞，顯著提高了Ti(C,N)基金屬陶瓷的綜合性能，為高性能Ti(C,N)基金屬陶瓷的制備和生產提供了重要參考，適用于工業生產。

技術領域

本發明屬于金屬陶瓷制備領域，具體涉及一種Ti(C,N)基金屬陶瓷的新型制備方法。

背景技術

Ti(C,N)基金屬陶瓷因為具有高熔點、高強度、高硬度以及高耐磨性，廣泛應用于金屬切削刀具、耐磨零件等。過渡族金屬Co、Ni等常作為Ti(C,N)基金屬陶瓷的粘結相，其中Co對碳化物潤濕性較好，因此常用作Ti(C,N)基金屬陶瓷的粘結相。隨著現代工業的發展，對刀具壽命和切削效率要求越來越高，傳統的Ti(C,N)基金屬陶瓷已不能滿足使用要求。

Ti(C,N)基金屬陶瓷內部的碳氮化鈦晶粒尺寸、孔隙率的大小、孔洞的均勻分布性等都影響其合金的組織結構和加工性能。Ti(C,N)在高溫下晶粒易發生異常長大，導致金屬陶瓷內部的孔隙率變大、孔洞分布較廣等都影響其合金的組織結構和加工性能。因此，制備Ti(C,N)基金屬陶瓷的關鍵在于燒結過程中Ti(C,N)晶粒長大的抑制，以此提高其硬度和抗彎強度。

抑制劑的運用，使得晶粒的過分長大被阻止，從而使合金的致密度提高。添加復合晶粒長大抑制劑能夠獲得Ti(C,N)晶粒更加細小且具有突出綜合力學性能的金屬陶瓷。同時，燒結技術對Ti(C,N)基金屬陶瓷的制備有著同樣重要的影響。常用的金屬陶瓷燒結方法有微波燒結、熱等靜壓燒結、熱壓燒結和放電等離子燒結。其中，放電等離子燒結由于具有加熱均勻，升溫速度快，燒結溫度低，燒結時間短，生產效率高，產品組織細小均勻，能保持原材料的自然狀態，可以得到高致密度的材料等優點，廣泛用于金屬陶瓷的燒結技術。并且放電等離子燒結技術操作簡單、再現性高、安全可靠、節省空間、節省能源及成本低，在納米材料、復合材料等的制備中顯示了極大的優越性，是一項有重要使用價值和廣泛前景的燒結新技術。放電等離子快速加壓升溫燒結技術更加有效地抑制Ti(C,N)晶粒異常長大，縮短燒結時間，提高生產效率及金屬陶瓷的綜合性能，為工業生產提供方便。

發明內容

本發明的目的在于提供一種新型Ti(C,N)基金屬陶瓷的制備方法，以便更好滿足Ti(C,N)基金屬陶瓷在金屬切削刀具、耐磨零件領域的應用。

本發明的Ti(C,N)基金屬陶瓷的新型制備方法包括以下幾個步驟：

a、按比例取納米氧化鈦、納米碳黑、納米氧化鎢、納米氧化鈷，經混合、干燥后，置于微波燒結爐中進行碳熱還原，制得Ti(C_0.5,N_0.5)-WC-Co納米復合粉末；

b、將步驟a所制得的納米復合粉末，采用放電等離子燒結設備進行燒結，最終制得超細或納米Ti(C,N)基金屬陶瓷。該Ti(C,N)基金屬陶瓷相對于傳統燒結方法制備的Ti(C,N)基金屬陶瓷斷裂韌性提高35-66%，硬度（HRA）提高7-24%，抗彎強度提高35-83%，且該Ti(C,N)基金屬陶瓷組織均勻，無明顯孔洞。