CN101941843B - 热压烧结TiB2-TiC-WC超硬材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及新材料技术领域,尤其是热压烧结TiB2-TiC-WC超硬材料及其制备方法。超硬先驱体组份配比(质量比%)为:TiB2-TiC 63%-84%;WC 10-25%;Ni 6%-12%。制备方法为:将按比例配制的TiB2、TiC、WC混合粉末装入缸式球磨机中,用硬质合金球磨24小时和用200目筛过筛;将其装入上下封闭的石墨容器,再放入高温烧结炉内;在升温速率50℃/min、温度1500℃-1650℃、保温40min-70min条件下合成TiB2-TiC-WC超硬材料。其合成的超硬材料的纯度高,细小的WC晶粒均匀的分布在TiB2-TiC晶粒的周围,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弯强度为866.2MPa,断裂韧度为5.6MPa.m0.5,硬度为21.32GPa。制备的材料适用于制作刀具用于切削加工高硬度的材料。本方法成本低,设备及工艺简单,易于产业化。
Description
一、技术领域
本发明涉及新材料技术领域,尤其是热压烧结TiB2-TiC-WC超硬材料及制备方法。
二、背景技术
通过多元复合的方法可以提高TiB2基陶瓷材料的烧结性能,降低其烧结温度,使其在较低的温度下可以达到致密化,并且适当的材料组分、晶粒生长抑制剂和烧结工艺可以使晶粒细化,进而提高材料的力学性能。TiB2陶瓷具有高熔点(3225℃)、高弹性模量(529GPa)和高硬度(大约32GPa)、化学稳定性好、耐腐蚀性好,是一种典型的耐高温结构陶瓷,但其断裂韧度及抗弯强度低,使其应用途径受到了极大的限制。目前,通过加入添加相采用多元复合的方法来提高材料的性能,虽然大多数提高了抗弯强度及断裂韧度提高,但材料的硬度降低严重,导致该材料无法得到推广和应用。
当前,TiB2基陶瓷材料的制备方法有:原位反应合成法、自蔓延高温合成技术、无压烧结和爆炸烧结等。传统制备工艺存在制备设备与工艺复杂,成本高,不利于产业化等不足之处。
三、发明内容
本发明的目的在于克服TiB2基陶瓷材料在多元复合制备的过程中力学性能降低,及制备工艺复杂、成本高的缺陷,提供质量优良、成本低廉、含不同组分的TiB2-TiC-WC超硬材料及工艺简单、成本低廉的制备方法。
本发明通过对烧结工艺的控制来协调材料之间的力学性能,研究出在保持材料高硬度的前提下,提高TiB2基陶瓷材料的抗弯强度及断裂韧度的超硬度材料及其制备方法,制备的材料适用于制作刀具用于切削加工高硬度的材料。
本发明的基本构思是将TiB2、TiC、WC、Ni粉末按照一定的质量比例混合,采用真空热压烧结法,在合适的升温速率、压力、生长温度和保温时间下,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(质量比%)为:TiB2-TiC 63%-84%;WC10-25%;Ni 6%-12%。
制备方法的具体工艺过程为:
(1)将按比例配制的TiB2、TiC、WC混合粉末装入缸式球磨机中,用硬质合金球磨24小时和用200目筛过筛;(2)将过筛后的配料装入上下封闭的石墨容器,再放入高温烧结炉内;(3)在升温速率50℃/min、压力45MPa、温度1500℃-1650℃、保温40min-70min条件下制备成TiB2-TiC-WC超硬材料。
其合成的超硬材料的纯度高,细小的WC晶粒均匀的分布在TiB2-TiC晶粒的周围,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弯强度为866.2MPa,断裂韧度为5.6MPa.m0.5,硬度为21.32GPa。
本发明构思新颖,利用真空热压烧结法,在保持材料高硬度的前提下,提高了陶瓷材料的抗弯强度及断裂韧度,通过控制烧结工艺制备成含有不同组分下的TiB2-TiC-WC超硬材料。材料质量高,成本低,设备及工艺简单,易于产业化。
四、附图说明
图1是热压烧结法制备的超硬材料TiB2-TiC-WC的扫描电镜照片。
五、实施例:
按实施例附表中所列的组成成份,将混合粉末装入缸式球磨机中,用硬质合金球磨24小时和用200目筛过筛后,装入上下封闭的石墨容器中,孔径3-4mm,周长间隔5mm,均匀分布,在升温速率50℃/min、压力45MPa、温度1500℃-1650℃、保温40min-70min条件下制备而成。
实施例附表
Claims (1)
1.热压烧结TiB2-TiC-WC超硬材料制备方法,其特征在于:合成TiB2-TiC-WC超硬材料的混合粉末成分质量比为%:TiB2-TiC 63%-84%;WC 10-25%;Ni 6%-12%;
制备工艺过程为:(1)将按比例配制的TiB2、TiC、WC、Ni的混合粉末装入缸式球磨机中,用硬质合金球磨24小时和用200目筛过筛;(2)将过筛后的配料装入上下封闭的石墨容器,再放入高温烧结炉内;(3)在升温速率50℃/min、温度1500℃-1650℃、保温40min-70min条件下合成TiB2-TiC-WC超硬材料。
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