CN1035198C - 碳氮化钛-碳化二钼-镍-镍锆化合物-三氧化二钇系材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

TiC_xN_1-x-Mo₂C-Ni-Ni₇Zr₂-Y₂O₃系材料属于金属陶瓷材料，它是将TiC_xN_1-x粉末、Mo₂C粉末、Ni粉末、Ni₇Zr₂粉末、Y₂O₃粉末以一定的配比混合，采用机械合金化技术烧结制备而成的。本发明克服了现有技术由于纯Ni的性能较差，从而影响了TiC_xN_1-x-Mo₂C-Ni体系材料性能的缺陷。本发明的材料强度高、韧性好、硬度强，可用作切削刀具等。

Description

碳氮化钛－碳化二钼－镍－镍锆化合物－三氧化二钇系材料及其制备方法

本发明属于金属陶瓷材料及其制备方法。

现代材料研究，要求材料既具有特殊的性能，又具有良好的综合机械性能，金属和陶瓷的复合体融和了金属和陶瓷的优点，这种类型的材料既表现出高强度，又表现出了良好的塑韧性。TiC_xN_1－x-Mo₂C-Ni体系的材料就是金属和陶瓷的复合材料中的一种。由于纯Ni的性能较差，因此影响了TiC_xN_1－x-Mo₂C-Ni体系材料本身的性能。日本植木光先等(《粉末おふび粉末冶金》1990 37(6)P869)、渡边忠彦等(《粉末おふび粉末冶金》1991 38(2)P127)、金等(《日本セラミツワ协会学术论文志》1987.2 P125J，针对已有技术的缺陷，对现有的TiC_xN_1－x-Mo₂C-Ni体系的材料作了改进，使其强度及塑韧性都得到了改善，但由于这种改进只是对TiC_xN_1－x-Mo₂C-Ni体系材料除调整配比外，大多采用多元碳化物如WC、TaC、Cr₃C₂、NbC等来改善性能，这样Ni仍然是作为粘结剂，由于纯Ni的性能较差，所以，这种改进后的材料的性能仍然不理想。

本发明的目的在于克服已有技术的缺陷，提供一种利用机械合金化技术制备出新的合金成分、超细晶粒、性能优异的金属陶瓷材料TiC_xN_1－x-Mo₂C-Ni-Ni₇Zr₂-Y₂O₃系材料。

本发明所述的超细组织的烧结材料是通过采用微量的金属间化合物及超细稳定的稀土氧化物Y₂O₃来改善材料的性能，在工艺上采用机械合金化技术，使各种成分的粉末得到充分混合，而且这种复合的混合粉末的粒度细小达到纳米级。

本发明的材料由TiC_xN_1－x、Mo₂C、Ni、Ni₇Zr₂、Y₂O₃粉末混合制备面成，其组成配方按重量百分比如下：TiC_xN_1－x          55-80％         其中：I＝0.5～0.8Mo₂C               8-20％Mi                  8-35％Ni₇Zr₂            0.1-2.5％Y₂O₃              0.1～1.5％

本发明所述的材料通过机械合金化技术工艺过程制备面得，下面对其制备方法作进一步说明。

①TiC_xN_1－x粉末制备合成

TiC_xN_1－x粉末可以用碳还原法或自蔓延高温合成法制取，其中碳还原法为：将Ti粉和C粉按不同的原子比进行配比混匀，再于一定温度下于碳管炉中通氮气可得TiC_xN_1－x粉末，如TiC_0.5N_0.5的制取：将100原子％Ti粉和50原子％C粉末进行混匀，再置于碳管炉中在1400℃下通纯净的氮气2小时，再于1900℃1小时即可得到TiC_0.5N_0.5粉末。自蔓延高温合成是将Ti粉末和Xat％粉末混合压坯，置于10-40大气压压力的氮气容器中点火使之反应，即可得到TiC_xN_1－x粉末。

②超细混合粉末的机械合金化制备

机械合金化是把配比好的混合粉末和一定比例重(球与料的重量比为10-40)的球一起装入球磨机中，在70-250转/分的转速下进行20-80小时的球磨，该技术不仅使各粒子间成份到原子级水平的混合，而且还能得纳米级的混合粉末。该技术用于制备金属陶瓷材料的纳米粉末还未见报道。如：Ni：10g、Mo₂C：10g、Y₂O₃：0.5g、TiC_0.5N_0.5、29.5g、粉末一起装入球磨机中，再装入直径为10mm、重量0.75kg的钢球然后充入氩气后密封，再进行球磨，球磨机转速为150转/分球磨时间40小时，即可得到TiC_0.5N_0.5-Ni-Mo₂C-Y₂O₃混合粉末，其粉末颗粒为几十个纳米左右。

③材料成型工艺

将用机械合金化法制备好的粉末按要求的形状压坯，再置于真空炉中在1350℃-1500℃的温度下进行1小时左右的烧结后，即可得到所需的TiC₈N_1－x-Mo₂C-Ni-Ni₇Zr₂-Y₂O₃系材料。

本发明的材料具有以下优点：

①Ni₇Zr₂、Y₂O₃的加入不仅强化了金属Ni相，而且阻止了陶瓷相粒子的长大细化材料组织，改善材料性能，这种效果比多元碳化物及Ni的固溶强化好。

②机械合金化技术使原料粉末能充分混合，粉末粒度纳米化复合化，同时粉末储存了大量的应变能，大大提高粉末的烧结活性和细化烧结材料的组织，从而改善性能，这种方法制备的纳米复合粉末在金属陶瓷中还未见报道。

③TiC_xN_1－x粉末，控制X范围，使它既有足够的硬度，又有一定的韧性。

④材料组成配方合理，尤其Ni₇Zr₂及Y₂O₃的复合使用有其独特性。

⑤该材料强度高、韧性好、硬度强，可用作切削刀具等，性能良好。

实施例：材料组成的配方按重量百分比为：

TiC_0.7N_0.3     70.2％    Mo₂C     10％

Ni              15％      Ni₇Zr₂  0.3％

Y₂O₃          0.5％

将按上述成份配比好的粉末一起装入封密钢罐中，按球与料粉重量之比为20，装入直径为10mm钢球，在球磨机中进行40小时的球磨合金化，其中球磨机的转速为200转/分。将球磨好的粉末进行压坯。在1420℃温度下，进行1小时左右真空烧结，即得到毛坯材料，这种毛坯材料可依据需要进行选择使用。

            几种金属陶瓷材料的性能对比表

性能分类	σδδ(MPa)	HRA
			本发明材料	1800	93.0
YN10(中国)	1100	92.0
			N350(日本)	1700-1900	93.0
SD(美国)	1550	93.2
			HKT-16(苏联)	1150	89

Claims (1)

1、一种金属陶瓷材料，其配方按重量百分比为：

TiC_xN_1－x            55-80％  其中：X＝0.5～0.8

Mo₂C                 8-20％

Ni                    8-35％

Ni₇Zr₂              0.1-2.5％

Y₂O₃                0.2-1.5％