[发明专利]一种二元钨硼化物超硬材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种二元钨硼化物超硬材料的制备方法，是采用机械合金法，利用高能球磨，在氩气保护气氛下，以高纯钨粉和硼粉为原料在室温下直接合成粉体状态的二硼化钨粉末，然后对合成的粉末进行热处理，制备得到四硼化钨材料。本发明的制备过程简便，可控性强，烧结阶段采用气氛烧结，对设备并无其他特殊要求，普适性强。

技术领域

本发明涉及无机非金属超硬材料领域，特别涉及一种二元钨硼化物超硬材料的制备方法。

背景技术

超硬材料(Hv40GPa)因其具有高的硬度和强度、良好的耐磨性、表面稳定性等优良性能被广泛应用于切削加工工具、耐磨涂层和研磨材料等领域。据文献所述，WB₄在0.49N载荷下的维氏硬度为43.3±2.9GPa，属于超硬材料范畴；同时，WB₄又具有W-B系化合物的高熔点、高硬度、高电导率以及对不同类型介质的高耐腐蚀性和抗氧化性等优异性能。因此，研究WB₄的制备具有很高的科研和实用价值。

目前，WB₄的制备主要采用电弧熔炼法，该方法主要利用电能在电极间与被熔炼物间产生电弧来熔炼金属。但是，由于硼的蒸气压比过渡族金属低的多，在熔炼过程中很容易造成硼元素的挥发而难以得到期望产物；此外，电弧熔炼炉中的真空度及冷却速度也会影响产物的品质。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种产品质量高、环境友好、成本低、工艺简单的二元钨硼化物超硬材料。

本发明的另一目的在于提供一种上述二元钨硼化物超硬材的制备方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种二元钨硼化物超硬材料的制备方法，是采用机械合金法，利用高能球磨，在氩气保护气氛下，以高纯钨(W)粉和硼(B)粉为原料在室温下直接合成粉体状态的二硼化钨粉末，然后对合成的粉末进行热处理，制备得到四硼化钨材料。

所述二元钨硼化物超硬材料的制备方法，具体包括下述步骤：

(1)将钨粉和非晶硼粉混合，采用高能球磨设备，以WC球磨罐和磨球为球磨介质，在氩气保护气氛和室温下进行高能球磨，合成二硼化钨粉末；

(2)将二硼化钨粉末压成片，通过冷等静压预压成型，得到二硼化钨压片；

(3)将二硼化钨压片在氩气保护下，在1100℃～1400℃进行烧结，制备得到四硼化钨材料。

步骤(1)中，球磨的时间为40～80h；所述磨球的材质为碳化钨，所述磨球的直径为6.35～11.20mm，优选11.20mm；所述钨粉和非晶硼粉的摩尔比为1：4.5～12，优选钨粉和非晶硼粉的摩尔比为1：4.5～5。

步骤(1)中，所述钨粉和非晶硼粉的总质量与磨球的质量比为1：(4～6)；优选所述钨粉和非晶硼粉的总质量与磨球的质量比为1：4。

步骤(2)中，所述预压的压力为150～250MPa。

步骤(3)中，所述烧结的时间为保温1～2h。

所述二元钨硼化物超硬材料，是通过上述的方法制备得到。

所述二元钨硼化物超硬材料，应用于高温耐腐蚀电极材料、切削刀具、坩埚以及熔铸模具等领域。

本发明与现有技术相比具有如下优点和效果：

(1)本发明通过控制原料配比中B的含量或采用埋粉烧结法解决高温下B挥发导致的不能生成目标产物的问题，在常温常压下就可以直接合成二硼化钨粉末，在常压下就可以制得致密的四硼化钨超硬材料，其制备过程更加简便，可控性更强。