[发明专利]一种多元复合Ti(C,N)金属陶瓷及其制备方法

权利要求书

1.一种多元复合Ti(C,N)金属陶瓷的制备方法，包括：

A)将Ti源、M源和碳源，以及镍源和/或钴源混合、球磨得到活化原料粉体；所述Ti源为TiO₂；M源为Mo的氧化物、W的氧化物、Ta的氧化物、Nb的氧化物、V的氧化物、Cr的氧化物、La的氧化物和Y的氧化物中的任意一种或几种；碳源为活性炭、石墨、炭黑中的任意一种或几种；镍源为Ni的氧化物；钴源为Co的氧化物；

B)将制备的活化原料粉体装入石墨模具后，再将模具放入放电等离子系统加热腔内，进行放电等离子原位碳热还原反应和烧结，得到多元复合金属陶瓷；

所述石墨模具包括主体部和压头，所述压头包括第一压头和第二压头，所述模具还包括第一盖板和第二盖板，其中，所述第一盖板和所述第一压头相连接，所述第二盖板和所述第二压头相连接；

所述主体部包括相互连通的第一盖板孔、第二盖板孔和压头孔，所述第一盖板孔和所述第二盖板孔分别位于所述压头孔轴向方向上的两个端部，且所述第一盖板孔的孔径以及所述第二盖板孔的孔径均大于所述压头孔的孔径；其中，所述第一盖板孔用于容纳所述第一盖板，所述第二盖板孔用于容纳所述第二盖板，所述压头孔用于容纳所述第一压头和所述第二压头；

所述第一盖板与所述第一盖板孔的底端之间存在间隙，所述第二盖板与所述第二盖板孔的底端之间存在间隙；

所述主体部还设置有开孔，所述开孔沿着所述主体部的径向开设。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述石墨模具的第一盖板置于所述第一盖板孔的端部与所述第一盖板孔之间存在用于填充石墨纸的间隙；

所述第二盖板置于所述第二盖板孔的端部与所述第二盖板孔之间存在用于填充石墨纸的间隙；

所述第一压头与所述压头孔之间以及所述第二压头与所述压头孔之间均存在用于填充石墨纸的间隙。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述石墨模具的第一盖板和第二盖板均包括第一端和第二端，所述第一端的直径大于所述第二端的直径，第一盖板的第二端用于置于所述第一盖板孔内，且所述第一盖板的第二端与所述第一盖板孔的底端之间存在间隙，所述第一盖板的第一端和所述第一盖板的第二端所形成的台阶面用于与所述主体部相抵接；

所述第二盖板的第二端用于置于所述第二盖板孔内，且所述第二盖板的第二端与所述第二盖板孔的底端之间存在间隙，所述第二盖板的第一端和所述第二盖板的第二端所形成的台阶面用于与所述主体部相抵接；

所述第一盖板设置有第一安装孔，所述第一压头贯穿所述第一安装孔且所述第一压头的一端置于所述压头孔内，所述第一压头的另一端与所述第一安装孔相卡接；所述第二盖板设置有第二安装孔，所述第二压头贯穿所述第二安装孔且所述第二压头的一端置于所述压头孔内，所述第二压头的另一端与所述第二安装孔相卡接。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤B)具体为：

将制备的活化原料粉体装入石墨模具后，再将模具放入放电等离子系统加热腔内，在真空或N₂气氛条件下快速升温，使所述活化原料粉体进行放电等离子原位碳热还原反应和烧结，得到多元复合Ti(C,N)金属陶瓷。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述球磨的球料比为(10～40)：1。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述球磨的时间为10h～60h。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳热还原反应的条件为：烧结压力10～100MPa，初始真空度10Pa，N₂压力500Pa～1000Pa，升温速率50℃/min～400℃/min，合成温度1000℃～1450℃，保温时间5min～30min；

优选为：烧结压力40～70MPa，初始真空度5Pa，N₂压力600Pa～800Pa，升温速率150℃/min～300℃/min，合成温度1200℃～1400℃，保温时间10min～20min。

8.权利要求1～7任意一项所述的制备方法制得的多元复合Ti(C,N)金属陶瓷，化学式如式(I)所示：

(Ti,M)(C_1–x,N_x)-Ni，Co (I)；

其中，0≤x≤1；

M为Mo、W、Ta、Nb、V、Cr、La和Y中的任意一种或几种。