[发明专利]一种复合陶瓷及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种复合陶瓷及其制备方法和应用，属于金属陶瓷复合材料制造领域，所述复合陶瓷包括第一陶瓷相、第二陶瓷相、烧结助剂；其中第一陶瓷相为Ti(C,N)/Ti(C,N)+TiC；第二陶瓷相为TiBsubgt;2/subgt;；烧结助剂为Crsubgt;3/subgt;Csubgt;2/subgt;和/或VC。本发明使用真空烧结，氩气及氮气气氛烧结，氩气及氮气气压烧结，热压烧结和热等静压烧结的烧结方式，通过在原料中引入Crsubgt;3/subgt;Csubgt;2/subgt;和/或VC烧结助剂，在降低基体最高烧结温度的同时起到抑制晶粒长大的作用；同时以直接添加的方式引入碳氮化钛可提高其红硬性，抗氧化性和耐磨性，从而获得尺寸稳定性好及综合力学性能优秀的复合陶瓷基体，进而提高材料使用寿命。

技术领域

本发明涉及金属陶瓷复合材料制造领域，具体涉及一种复合陶瓷及其制备方法和应用。

背景技术

碳氮化钛因其较碳化钛具有更高的红硬性，更好的抗氧化性和更强的耐磨性，被用于制造切削工具、耐磨零件的烧结体。并且因其优异的表面加工质量，常被应用于半精加工和精加工中。因此，在刀具材料制备中，碳氮化钛相比于碳化钛更具有潜力。现有用于刀具材料的碳氮化钛基和碳化钛金属陶瓷通常通过添加WC、NbC、TaC、Mo₂C等第Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ副族元素的碳化物以及钴、镍等金属相来改善润湿性，其断裂韧性有所提高，但是由于金属粘接相的存在会降低其硬度，红硬性、抗氧化性以及耐磨性，使其难以适用于高速及高精加工需要。

TiB₂-TiC复合陶瓷具有优秀红硬性，抗氧化性，耐磨性以及热稳定性。在现有工艺中有直接使用TiB₂与TiC原料粉直接进行机械混合，然后再烧结成型的，这样虽然工艺较为简单，材料尺寸稳定性较好，但烧结温度较高，晶粒尺寸大，力学性能较差；还有采用颗粒细小的TiO₂，B粉或B₄C粉，C粉在机械混合后原位烧结成型，虽然这种工艺方法能获得晶粒较细，致密度较高的基体，但是由于原位反应过于剧烈，反应程度很难控制，导致成型后尺寸稳定性不佳很难保证其在高精度耐磨零件及切削刀具上的应用。因此，在保证其尺寸稳定性的前提下有效提升材料综合力学性能和降低工艺成本成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种复合陶瓷及其制备方法和应用。通过在原料中引入Cr₃C₂和/或VC烧结助剂，在降低基体最高烧结温度的同时起到抑制晶粒长大的作用；同时以直接添加的方式引入Ti(C,N)可提高其红硬性，抗氧化性和耐磨性，从而获得尺寸稳定性好及综合力学性能优秀的复合陶瓷基体，进而提高材料使用寿命。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种复合陶瓷，包括第一陶瓷相、第二陶瓷相以及烧结助剂；

其中第一陶瓷相为Ti(C,N)/Ti(C,N)+TiC；第二陶瓷相为TiB₂；烧结助剂为Cr₃C₂和/或VC。

进一步的，按照质量分数计，原料包括：TiB₂ 5％～45％，Ti(C,N)+TiC40％～80％，Cr₃C₂和/或VC 1％～15％。

进一步的，Ti(C,N)+TiC中Ti(C,N)占10％～80％，其余为TiC。

一种所述复合陶瓷的制备方法，取粉体原料混匀后湿磨、干燥，压制成坯体，然后进行高温烧结得到所述复合陶瓷。

进一步的，粉体原料粉体粒径为0.5～2μm，其氧元素含量以质量分数计，小于或等于0.5％。