[發明專利]一種超細多元Ti(C,N)基金屬陶瓷的新型制備方法

在審

• 申請號: 202110649109.8
• 申請日: 2021-06-10
• 公開（公告）號: CN113355579A
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 趙志偉;張果果;王順;鄭紅娟;杜蘇軒;關春龍
• 申請（專利權）人: 河南工業大學
• 主分類號: C22C29/04
• 分類號: C22C29/04;C22C1/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種超細多元Ti(C,N)基金屬陶瓷的新型制備方法，其特征包括以下步驟：a、按質量百分比取納米氧化鈦、納米氧化鎢、納米氧化鈷、納米氧化釩、納米氧化鉻、納米還原劑碳黑與多壁碳納米管，經混合、干燥后，置于微波燒結爐中進行碳熱還原，制得多元Ti(C,N)基復合材料。b、將步驟a所得復合材料采用放電等離子燒結設備進行燒結，最終制得多元Ti(C,N)基金屬陶瓷。該金屬陶瓷斷裂韌性提高33?65%，硬度（HRA）提高13?25%，抗彎強度提高32?85%。本發明具有生產效率高、能耗低、操作簡便，為工業生產性能優異的金屬陶瓷產品提供參考。

技術領域

本發明涉及一種超細多元Ti(C,N)基金屬陶瓷的制備，屬于納米金屬陶瓷復合粉體制備技術與應用領域。

背景技術

Ti(C,N)基金屬陶瓷具有優異的耐熱性、耐腐蝕性、高硬度和耐磨性，被廣泛應用于刀具材料。該類合金材料通常以Ti(C,N)為硬質相，以Co為粘結相，通過粉末冶金方法合成。Ti(C,N)基金屬陶瓷相較于高速鋼，具有較高的硬度、耐磨性和紅硬性。此外，Ti(C,N)基金屬陶瓷也可以用來制造鉆頭、齒輪刀具、鉸刀等復雜刀具。其中，超細及納米晶Ti(C,N)基金屬陶瓷相對于普通Ti(C,N)基金屬陶瓷的抗彎強度明顯提高、硬度增大、耐磨性提高、刀具耐用度提高3~10倍。同時，金屬陶瓷的抗熱震性和抗氧化性改善顯著，達到完全致密化所需的溫度也進一步降低。超細晶金屬陶瓷由于與加工材料的相互吸附–擴散作用小，在難加工材料、微電子工業、精密模具、醫學等領域也得到了廣泛的應用。因此，超細及納米晶Ti(C,N)基金屬陶瓷已成為當今金屬陶瓷行業的發展熱點之一。

隨著現代工業行業技術的快速發展，對金屬陶瓷的性能要求也越來越高，金屬陶瓷中Ti(C,N)的晶粒尺寸越小，合金的綜合力學性能越高。碳納米管一維納米材料，質量輕，有許多優異的力學性能，具有極高的強度、韌性及彈性模量。將碳納米管作為增強相摻雜于多元Ti(C,N)基復合粉末中，應用碳納米管的強韌性，加之納米材料的優異性能，使硬質合金的強度顯著提高。通過應用碳納米管達到細化Ti(C,N)金屬陶瓷晶粒的作用，同時協同碳納米管本身的強度和纖維結構的拔出、橋接及引導裂紋彎曲、偏轉等機制來提高Ti(C,N)基金屬陶瓷的強度。此外，采用放電等離子燒結工藝，進一步有效抑制Ti(C,N)晶粒的長大，且降低燒結溫度與燒結時間，提高生產效率，減少能耗，最終獲得致密度高、晶粒細小、組織均勻、綜合力學性能優異的多元Ti(C,N)基金屬陶瓷產品。

發明內容

本發明的目的在于提供一種超細多元Ti(C,N)基金屬陶瓷的新型制備方法，以便更好的滿足Ti(C,N)基金屬陶瓷在超細/納米金屬陶瓷的制造以及刀具領域的應用。本發明采用的碳熱還原法，該方法所需設備簡單，反應原料價格低廉，制備過程簡便、生產效率高、能耗低，保證合成的多元Ti(C,N)基金屬陶瓷在粒度、分散性、顆粒形狀等方面滿足工業需求。

本發明的超細多元Ti(C,N)基金屬陶瓷的新型制備方法包括以下步驟：

a、按質量百分比取納米氧化鈦、納米氧化鎢、納米氧化鈷、納米氧化釩、納米氧化鉻、納米還原劑碳黑與多壁碳納米管，經混合、干燥后，置于微波燒結爐中進行碳熱還原，制得多元復合粉末；

b、將步驟a所得復合粉末置于放電等離子燒結設備中進行燒結，最終制得超細多元Ti(C,N)基金屬陶瓷。該金屬陶瓷斷裂韌性提高33-65%，硬度（HRA）提高13-25%，抗彎強度提高32-85%。

根據權利要求1所述的一種超細多元Ti(C,N)基金屬陶瓷的新型制備方法中原料質量百分比分別為： 納米氧化鈦為38-52%，納米氧化鎢26-32%，納米氧化鈷8-15%，納米氧化釩0.2-1%，納米氧化鉻0.2-1%，納米碳黑20-27%，多壁碳納米管0.2-0.8%。

根據權利要求1所述的一種超細多元Ti(C,N)基金屬陶瓷的新型制備方法中，制備復合材料的微波燒結工藝在惰性氣體保護下進行，燒結溫度為1250-1400℃，保溫時間為0.5-1h。