[发明专利]一种SiC纤维-WC-Co硬质合金复合材料及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及材料领域，特别是涉及一种SiC纤维-WC-Co硬质合金复合材料及其制备方法。该材料为高强度、高韧性复合材料。

背景技术：

WC-Co基硬质合金具有特殊的耐腐蚀性、高硬度、优良的断裂韧性和抗压强度，有现代工业牙齿之称，在机械、冶金、矿山、精密仪器、军事等工业中占有极其重要的地位。随着对WC-Co硬质合金研究的深入，其物理性能得到大幅度提高，应用领域也从普通刀具、模具、耐磨件、耐磨涂层扩散到集成电路板的卫星钻头、可转位刀片和凿岩球齿等。但对于刀具硬质合金材料来说，由于金属相Co的存在而使得其使用温度受到限制，容易氧化、软化而失效。传统的硬质合金凿岩工具耐磨性较差，特别是在钻进坚硬岩石层时，效率较低，且钻孔容易产生“缩颈”。调查显示，由于硬质合金柱齿的磨损而使钻头的报废比率高达40％，且岩石越硬，这一比率越高。

目前，随着纤维增韧补强陶瓷材料的广泛开展，采用纤维增韧补强硬质合金材料以替代金属相的研究也逐渐得到了重视。根据纤维增强理论，采用SiC纤维增强WC-Co硬质合金，大幅度提高其强度、韧性，并提高硬度。SiC纤维增强WC-Co硬质合金复合材料，既有纤维增强理论常规的裂纹桥联、裂纹偏转、拔出效应等机理，而且从空间结构来看，SiC纤维在空间内的搭接、交叉、联络、分散成类似立体网状，并且SiC纤维的很大的长细比，利于与粘结剂结合，且SiC纤维的高强性能，使其在烧结体内成为一个高强部分。我国近年来也开展了对纤维增韧材料的研究，一般以金属丝或SiC纤维增韧氧化铝基复合材料和金属间化合物MoSi₂基复合材料为主，有关采用SiC纤维增韧补强硬质合金方面的研究尚未见报道。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种硬度高、抗压强度好、韧性高、制备工艺简单、成本低的SiC纤维增韧WC-Co硬质合金复合材料及其制备工艺。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种SiC纤维-WC-Co硬质合金复合材料是在WC-Co硬质合金材料中均匀分布有SiC纤维，所述的SiC纤维占整个SiC纤维-WC-Co硬质合金复合材料重量的5-10％。

所述的WC-Co硬质合金材料制备时，Co占WC和Co粉末总重量的8-15％。

所述的材料是由以下方法制备而成的：

(1)以聚偏氟乙烯作为粘结剂，采用轧机将SiC纤维轧制成纤维布；

(2)以聚偏氟乙烯作为粘结剂，采用轧机将WC和Co粉末混合后同样也轧制成粉末布；

(3)将SiC纤维布和WC-Co粉末布交替叠放后，放入热压炉中升温进行真空除气脱除粘结剂，再在保护气氛下，继续升温，保温，热压制得SiC纤维-WC-Co硬质合金复合材料。

步骤(1)中所述的纤维布厚度为0.1-0.2mm；步骤(2)中所述的粉末布厚度为0.1-0.2mm。

步骤(3)中将SiC纤维布和WC-Co粉末布交替叠放10-50层后，放入热压炉中升至450-700℃，保温0.5-3h进行真空除气脱除粘结剂。

步骤(3)中脱除粘结剂后，再在氩气气氛保护下，升温至1300-1700℃，保温1-10h，施加15-30MPa的压力，通过热压制得SiC纤维-WC-Co硬质合金复合材料。

本发明是采用粉末冶金技术，以WC-Co为基体，通过添加SiC纤维，通过一定的制备工艺，从而制得SiC纤维-WC-Co硬质合金复合材料，其特点是：

(1)硬度高、抗压强度优良、韧性好：由于SiC纤维的强度高，极其纯净，内部缺陷少。而且SiC纤维通过制成纤维布，与WC-Co粉末布交替叠放后，可使SiC纤维在复合材料中均匀分布。SiC纤维在材料中起到了裂纹桥联、裂纹偏转、拔出效应的作用，在提高其强度的同时，提高了材料的韧性。

(2)制备工艺简单，成本低。

本发明的SiC纤维-WC-Co硬质合金性能如下：抗压强度：1080-1030MPa；硬度：91.5-91.8；比重：14.4-14.6g/m³；冲击功a_k：13.4-14.6J/cm²。本发明的SiC纤维-WC-Co硬质合金复合材料具有优良的物理性能和力学性能，是一种新型功能材料，可以应用于机械、冶金、矿山、精密仪器、军事等行业，用于制造各种刀片、凿岩球齿等磨具材料。

具体实施方式：

下面结合实施例对本发明作进一步详细说明，但应理解本发明的范围非仅限于这些实施例的范围。