CN105401035A - Ti（C,N）基金属陶瓷材料的烧结方法 - Google Patents

Ti（C,N）基金属陶瓷材料的烧结方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种Ti（C,N）基金属陶瓷材料的烧结方法，包括以下步骤：在材料出现液相时，温度为1350℃～1380℃，真空状态下保温20分钟；真空保温20分钟后，温度不变，开始向真空炉内充入高压氩气直到其压力为3～5MPa，充氩时间为20～30分钟；加压完成后，以1～2℃／分钟的升温速度升到烧结温度1450℃～1480℃；在烧结温度保温保压90分钟，完成烧结。通过本发明烧结加工Ti（C,N）基金属陶瓷材料，能够提高材料的耐磨性，降低材料内部孔隙度，提高材料的致密度和韧性。

Description

Ti（C,N）基金属陶瓷材料的烧结方法
技术领域
本发明涉及一种金属陶瓷材料的生产方法，尤其涉及一种Ti（C,N）基金属陶瓷材料的烧结方法。
背景技术
Ti（C,N）基金属陶瓷材料即氮碳化钛基金属陶瓷材料，也称为Ti(CX,NY)基金属陶瓷材料（其中X＋Y＝1），具有良好的使用性能，与WC基硬质合金相比，在机械加工中显示出较高的红硬性、相近的强度、较低的腐蚀性、导热性和摩擦系数，具有较高的寿命或在寿命相同的情况下可采用较高的切削速度，被加工件有较好的表面光洁度。因此，Ti（C,N）基金属陶瓷在很多加工场合下可成功地取代WC基硬质合金，填补了WC基硬质合金和陶瓷之间的空缺。
目前中国国内生产的Ti（C,N）基金属陶瓷材料的韧性和耐磨性不足，质量稳定性差；其中，韧性不高的主要原因是材料内部孔隙较多，致密度不高；耐磨性不好的原因是材料中N（氮）的损失导致TiN（氮化钛）含量减少。这两种影响材料性能的因素都发生在Ti（C,N）基金属陶瓷材料的烧结生产过程中。
中国国内Ti（C,N）基金属陶瓷材料的烧结是液相烧结，通常采用真空-加压烧结技术：烧结温度（1450℃～1480℃），保温时间80～90分钟，其工艺为：
（1）在材料出现液相（温度为1350℃～1380℃，金属陶瓷成分不同，出现液相的温度不同）时，保温20分钟，然后通入低压氩气，压强为1200KPa进行分压真空烧结，目的是避免钴的挥发；
（2）以1～2℃／分钟的升温速度升到烧结温度；
（3）在烧结温度下保温20分钟，将高压氩气向真空炉内充入到一定压力，一般为3～5MPa，充氩时间20～30分，保温保压40～50分钟。
随着温度升高，Ti（C,N）的稳定性会越来越差，分解为Ti（CX1,NY1）（Y1减小）和N2（氮气），在材料出现液相（温度为1350℃～1380℃）后其分解的N2将留在材料内部产生孔隙，烧结过程都在分解，直至达到分解反应平衡，虽然有后续加压处理，可减小孔隙，但由于压力烧结时间不够，效果不好，从而导致材料内部孔隙度较大，致密度不高，材料韧性不高，而且烧结过程中N（氮）的损失较多，导致TiN含量减少幅度大，降低了材料的耐磨性。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种韧性高、耐磨性好的Ti（C,N）基金属陶瓷材料的烧结方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种Ti（C,N）基金属陶瓷材料的烧结方法，包括以下步骤：
（1）在材料出现液相时，温度为1350℃～1380℃，真空状态下保温20分钟；
（2）真空保温20分钟后，温度不变，开始向真空炉内充入高压氩气直到其压力为3～5MPa，充氩时间为20～30分钟；
（3）加压完成后，以1～2℃／分钟的升温速度升到烧结温度1450℃～1480℃；
（4）在烧结温度保温保压90分钟，完成烧结。
作为优选，所述步骤（2）中，向真空炉内充入高压氩气直到其压力为4MPa，充氩时间为25分钟。
本发明的有益效果在于：
1、液相温度开始加压，增加炉内压力，使Ti（C,N）反应平衡向反应的逆方向移动，减少N2产生，减少Ti（C,N）基金属陶瓷材料中N（氮）的损失，TiN含量减少幅度小，提高了材料的耐磨性；
2、液相温度加压，压力通过液态钴传递到已产生N2而形成的气孔，使气孔被压小，孔隙度减小；减少N2的产生，又减少孔隙产生；从液相温度开始加压到烧结结束，保压时间长，降低了材料内部孔隙度，提高了材料的致密度和韧性。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明：
实施例1：
一种Ti（C,N）基金属陶瓷材料的烧结方法，包括以下步骤：
（1）在材料出现液相时，温度为1350℃～1380℃，具体液相温度根据实际金属陶瓷成分不同而有所差异，真空状态下保温20分钟，目的是使材料收缩完成，同时液体封闭填满毛细孔，以免氩气加压进入材料内部，该过程为真空状态。
（2）真空保温20分钟后，温度不变，开始向真空炉内充入高压氩气直到其压力为4MPa，充氩时间为25分钟；在高温下Ti（C,N）即Ti(CX,NY)不稳定，分解为Ti（CX1,NY1）和N2（氮气），其化学反应式为：Ti(CX,NY)—→Ti（CX1,NY1）＋N2↑，该化学反应时可逆反应；根据化学动态平衡原理，增加炉内压力，压力通过液态钴传递到已产生N2而形成的气孔，使气孔被压小，孔隙度减小，同时气孔被压小，气孔中N2浓度增大，可使平衡向反应的逆方向移动，减少N2生产生；该过程为加压状态。
（3）加压完成后，以1～2℃／分钟的升温速度升到烧结温度1450℃～1480℃，具体烧结温度根据实际金属陶瓷成分不同而有所差异。
（4）在烧结温度保温保压90分钟，完成烧结。
实施例2：
与实施例1不同的是：步骤（2）中向真空炉内充入高压氩气直到压力为3MPa，充氩时间为20分钟，其它与实施例1相同。
实施例3：
与实施例1不同的是：步骤（2）中向真空炉内充入高压氩气直到压力为5MPa，充氩时间为30分钟，其它与实施例1相同。
上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (2)

1.一种Ti（C,N）基金属陶瓷材料的烧结方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）在材料出现液相时，温度为1350℃～1380℃，真空状态下保温20分钟；
（2）真空保温20分钟后，温度不变，开始向真空炉内充入高压氩气直到其压力为3～5MPa，充氩时间为20～30分钟；
（3）加压完成后，以1～2℃／分钟的升温速度升到烧结温度1450℃～1480℃；
（4）在烧结温度保温保压90分钟，完成烧结。
2.根据权利要求1所述的Ti（C,N）基金属陶瓷材料的烧结方法，其特征在于：所述步骤（2）中，向真空炉内充入高压氩气直到其压力为4MPa，充氩时间为25分钟。
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