[发明专利]一种TiC晶须增强金属陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属陶瓷及其制备方法，具体涉及一种TiC晶须增强金属陶瓷及其制备方法。

背景技术

Ti(C,N)基金属陶瓷是20世纪70年代初出现的一种新型颗粒增强型复合材料，其高温红硬性、耐磨性、热稳定性和抗粘附性好，主要原料资源丰富、密度低，是制作切削刀具和热成形模具的理想材料。世界上工业发达国家高度重视金属陶瓷基础研究及其产品研发，特别是资源匮乏的日本，其金属陶瓷工模具已在车刀、铣刀、钻头、齿轮滚铣刀等领域得到推广应用。我国在这方面起步较晚，到目前为止，商用金属陶瓷的推广应用仍极为有限，主要原因是该类材料强韧性较低且性能不稳定。因此，要拓宽该类材料的应用领域，必须在保持较高硬度的前提下提高其强韧性。

近年来，研究人员为提高结构陶瓷复合材料的强韧性，采用了相变增韧、纳米/亚微米颗粒复合强化、晶须增韧等方法对该类材料进行改性。目前国内生产的Ti(C,N)基金属陶瓷硬度可达87～92.5HRA，抗弯强度约1300～1600MPa，断裂韧性约6～9MPa·m^1/2。

公开号为CN100545127C的发明专利“SiC晶须增韧碳氮化钛基金属陶瓷切削刀片及其制备方法”采用SiC晶须作为增强剂，对Ti(C,N)-Ni-Co基金属陶瓷进行改性，但粘结相对SiC晶须的润湿性较差，故其增加强韧性的效果不明显。

发明内容

本发明提供一种TiC晶须增强金属陶瓷，同时提供其制备方法，目的在于提高现有Ti(C,N)基金属陶瓷的抗弯强度和断裂韧性，以提高金属陶瓷工模具材料的使用性能，拓宽该类材料的应用领域。

本发明所提供的一种TiC晶须增强金属陶瓷，由其组成原料经球磨混料、TiC晶须分散、干燥过筛、模压成形、脱脂和真空烧结制成，其烧结组织包括硬质相和粘结相，所述硬质相包括两种陶瓷相，所述粘结相为Ni-Mo-W固溶体，其特征在于：

其组成原料为Ti(C,N)、WC、Mo、C、Ni粉末和TiC晶须；各组分质量百分比为：23％≤Ti(C,N)粉末≤55.2％，10％≤TiC晶须≤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晶须直径0.4～0.8μm，长度10～60μm；

所述硬质相中，第一种陶瓷相为(Ti,W,Mo)(C,N)固溶体；第二种陶瓷相以长条状TiC为芯相，(Ti,W,Mo)(C,N)固溶体为环形相。

所述的TiC晶须增强金属陶瓷的制备方法，包括原料混合步骤、TiC晶须分散步骤、干燥过筛、模压成型步骤、脱脂步骤和真空烧结步骤，其特征在于：

一.原料混合步骤：按照质量百分比：23％≤Ti(C,N)粉末≤55.2％，10％≤TiC晶须≤30％，6％≤WC粉末≤10％，8％≤Mo粉末≤15％，0.8％≤C粉末≤1.2％，20％≤Ni粉末≤32％进行配料；将其中的Ti(C,N)粉末、WC粉末、Mo粉末、C粉和Ni粉末混合，采用球磨机湿磨，球料质量比5:1～7:1，球磨机转速120rpm～220rpm，球磨时间24h～36h，得到混合料浆，其中，Ti(C,N)粉末的粒度小于或等于200nm，TiC晶须直径0.4～0.8μm，长度10～60μm；

二.TiC晶须分散步骤：将TiC晶须放入极性溶剂中，经超声波振荡制成悬浮溶液，使得TiC晶须稳定分散，然后将TiC悬浮液加入到所述混合料浆中；

三.干燥过筛步骤：将加入TiC晶须后的混合料浆放入干燥箱中烘干，烘干温度为78℃～85℃，时间8h～10h，然后将烘干后的粉末过60目～100目筛得到混合原料；

四.模压成型步骤：在所述混合原料中加入成型剂，成型剂占混合原料的质量百分比为3％～6％，然后模压成型，模压压力150MPa～300MPa，得到压坯；

五.脱脂步骤：将所述压坯放入脱脂炉中脱脂，脱脂温度250℃～400℃，保温时间6h～9h；

六.真空烧结步骤：将脱脂后的压坯放入真空烧结炉中烧结，真空度不低于1×10^-1Pa，先将坯料进行预烧脱氧，预烧温度900℃～1000℃，保温时间100min～150min，以确保纳米粉末充分脱氧，然后在1410℃～1460℃进行烧结，保温时间50min～90min，得到金属陶瓷烧结体。

所述的TiC晶须增强金属陶瓷的制备方法，

所述TiC分散步骤中，所述极性溶剂可以为乙醇或乙二醇；