專利名稱：熱壓燒結(jié)TiB₂-TiC-WC超硬材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及新材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是熱壓燒結(jié)TiB2-TiC-WC超硬材料及制備方法。
背景技術(shù)：
通過多元復(fù)合的方法可以提高TiB2基陶瓷材料的燒結(jié)性能，降低其燒結(jié)溫度，使 其在較低的溫度下可以達(dá)到致密化，并且適當(dāng)?shù)牟牧辖M分、晶粒生長抑制劑和燒結(jié)工藝可 以使晶粒細(xì)化，進(jìn)而提高材料的力學(xué)性能。TiB2陶瓷具有高熔點(diǎn)(3225°C)、高彈性模量 (529GPa)和高硬度(大約32GPa)、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐腐蝕性好，是一種典型的耐高溫結(jié)構(gòu)陶 瓷，但其斷裂韌度及抗彎強(qiáng)度低，使其應(yīng)用途徑受到了極大的限制。目前，通過加入添加相 采用多元復(fù)合的方法來提高材料的性能，雖然大多數(shù)提高了抗彎強(qiáng)度及斷裂韌度提高，但 材料的硬度降低嚴(yán)重，導(dǎo)致該材料無法得到推廣和應(yīng)用。當(dāng)前，TiB2基陶瓷材料的制備方法有原位反應(yīng)合成法、自蔓延高溫合成技術(shù)、無 壓燒結(jié)和爆炸燒結(jié)等。傳統(tǒng)制備工藝存在制備設(shè)備與工藝復(fù)雜，成本高，不利于產(chǎn)業(yè)化等不 足之處。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服TiB2基陶瓷材料在多元復(fù)合制備的過程中力學(xué)性能降低， 及制備工藝復(fù)雜、成本高的缺陷，提供質(zhì)量?jī)?yōu)良、成本低廉、含不同組分的TiB2-TiC-WC超硬 材料及工藝簡(jiǎn)單、成本低廉的制備方法。本發(fā)明通過對(duì)燒結(jié)工藝的控制來協(xié)調(diào)材料之間的力學(xué)性能，研究出在保持材料高 硬度的前提下，提高TiB2基陶瓷材料的抗彎強(qiáng)度及斷裂韌度的超硬度材料及其制備方法， 制備的材料適用于制作刀具用于切削加工高硬度的材料。本發(fā)明的基本構(gòu)思是將TiB2、TiC、WC、Ni粉末按照一定的質(zhì)量比例混合，采用真空 熱壓燒結(jié)法，在合適的升溫速率、壓力、生長溫度和保溫時(shí)間下，合成系列TiB2-TiC-WC超硬 材料。合成TiB2-TiC-WC超硬材料的混合粉末成分(質(zhì)量比％ )為TiB2_TiC 63% -84% ；WClO-25% ；Ni 6% -12%。制備方法的具體工藝過程為(1)將按比例配制的TiB2、TiC、WC混合粉末裝入缸式球磨機(jī)中，用硬質(zhì)合金球磨 24小時(shí)和用200目篩過篩；(2)將過篩后的配料裝入上下封閉的石墨容器，再放入高溫?zé)Y(jié) 爐內(nèi)；⑶在升溫速率50°C /min、壓力45MPa、溫度1500°C _1650°C、保溫40min_70min條件 下制備成TiB2-TiC-WC超硬材料。其合成的超硬材料的純度高，細(xì)小的WC晶粒均勻的分布在TiB2-TiC晶粒的周圍， WC晶粒的尺寸介于2 μ m-5 μ m, TiB2-TiC晶粒的尺寸介于5 μ m-15 μ m。合成的超硬材料的 抗彎強(qiáng)度為866. 2MPa，斷裂韌度為5. 6MPa. m0. 5，硬度為21. 32GPa。本發(fā)明構(gòu)思新穎，利用真空熱壓燒結(jié)法，在保持材料高硬度的前提下，提高了陶瓷材料的抗彎強(qiáng)度及斷裂韌度，通過控制燒結(jié)工藝制備成含有不同組分下的TiB2-TiC-WC超 硬材料。材料質(zhì)量高，成本低，設(shè)備及工藝簡(jiǎn)單，易于產(chǎn)業(yè)化。
四

圖1是熱壓燒結(jié)法制備的超硬材料TiB2-TiC-WC的掃描電鏡照片。
五、實(shí)施例按實(shí)施例附表中所列的組成成份，將混合粉末裝入缸式球磨機(jī)中，用硬質(zhì)合金球 磨24小時(shí)和用200目篩過篩后，裝入上下封閉的石墨容器中，孔徑3-4mm，周長間隔5mm，均 勻分布，在升溫速率50°C /min、壓力45MPa、溫度1500°C _1650°C、保溫40min_70min條件下 制備而成。實(shí)施例附表
權(quán)利要求
熱壓燒結(jié)TiB2 TiC WC超硬材料，其特征在于合成TiB2 TiC WC超硬材料的混合粉末成分(質(zhì)量比％)為TiB2 TiC 63％ 84％；WC 10 25％；Ni 6％ 12％。
2.制備權(quán)利要求1所述的熱壓燒結(jié)TiB2-TiC-WC超硬材料的方法，其特征在于工藝過 程為(1)將按比例配制的TiB2、TiC、WC、Ni的混合粉末裝入缸式球磨機(jī)中，用硬質(zhì)合金球 磨24小時(shí)和用200目篩過篩；(2)將過篩后的配料裝入上下封閉的石墨容器，再放入高溫 燒結(jié)爐內(nèi)；⑶在升溫速率50°C /min、溫度1500°C _1650°C、保溫40min-70min條件下合成 TiB2-TiC-WC超硬材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及新材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是熱壓燒結(jié)TiB2-TiC-WC超硬材料及其制備方法。超硬先驅(qū)體組份配比(質(zhì)量比％)為TiB2-TiC 63％-84％；WC 10-25％；Ni 6％-12％。制備方法為將按比例配制的TiB2、TiC、WC混合粉末裝入缸式球磨機(jī)中，用硬質(zhì)合金球磨24小時(shí)和用200目篩過篩；將其裝入上下封閉的石墨容器，再放入高溫?zé)Y(jié)爐內(nèi)；在升溫速率50℃/min、溫度1500℃-1650℃、保溫40min-70min條件下合成TiB2-TiC-WC超硬材料。其合成的超硬材料的純度高，細(xì)小的WC晶粒均勻的分布在TiB2-TiC晶粒的周圍，WC晶粒的尺寸介于2μm-5μm，TiB2-TiC晶粒的尺寸介于5μm-15μm；合成的超硬材料的抗彎強(qiáng)度為866.2MPa，斷裂韌度為5.6MPa.m0.5，硬度為21.32GPa。制備的材料適用于制作刀具用于切削加工高硬度的材料。本方法成本低，設(shè)備及工藝簡(jiǎn)單，易于產(chǎn)業(yè)化。
文檔編號(hào)C04B35/645GK101941843SQ20101025398
公開日2011年1月12日 申請(qǐng)日期2010年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月16日
發(fā)明者劉含蓮, 劉戰(zhàn)強(qiáng), 宋金鵬, 朱洪濤, 艾興, 鄒斌, 黃傳真 申請(qǐng)人:山東大學(xué)