CN113584338B - 碳化钨基复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碳化钨基复合材料及其制备方法。该方法包括：以碳化钨和金属相为原料，按照碳化钨基复合材料中金属相质量分数为1～6wt％配料，其中，所述金属相为金属镍或金属钴；将配好的原料加入球磨机中进行球磨，使碳化钨和金属相充分混合均匀；将混合后物料在20～40Mpa压力下压制成块状，放入石墨模具中；将所述石墨模具放入真空热压炉中通过真空热压烧结制备得到碳化钨基复合材料。本发明制备得到的碳化钨基复合材料具有韧性好、综合性能优越，且制备工艺操作简单、工艺流程短的优点。

Description

碳化钨基复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及陶瓷基复合材料技术领域，特别是涉及一种碳化钨基复合材料及其制备方法。
背景技术
陶瓷材料具有耐高温、高强度、相对重量较轻、抗腐蚀等优异性能，但其缺点是具有脆性，处于应力状态时，会产生裂纹，甚至断裂导致材料失效。例如，碳化钨为黑色六方晶体，有金属光泽，硬度与金刚石相近，为电、热的良好导体，虽然具有硬度高、耐高温、化学性质稳定的优点，但碳化钨的韧性较差，当碳化钨材料处于应力状态时，会产生裂纹，甚至断裂导致材料失效。
陶瓷基复合材料是以陶瓷为基体与其他增强相复合的一类复合材料，陶瓷基体可为碳化物、氮化物等高温结构陶瓷。陶瓷基复合材料属于非金属基复合材料，不同于金属基复合材料。金属基复合材料是以金属及其合金为基体，与一种或几种金属或非金属增强相结合成的复合材料，其增强材料大多为无机非金属，如陶瓷、碳及硼等，也可以用金属丝。
现有技术中金属基复合材料的制备：中国专利CN101580939B公开了一种金属基复合材料的制备方法，具体公开了一种碳化钨陶瓷颗粒增强金属基复合涂层制备方法，其是以WC陶瓷粉末和NiCrBSi合金粉末为原料，通过涂层设计、喷涂粉末筛选、按比例混合、基材表面处理、控制等离子喷涂参数等工序可以制备WC占比33～37％的WCp/NiCrBSi复合材料；可见，该专利属于金属基陶瓷复合材料喷涂制备方法，与陶瓷基复合材料完全不同。中国申请CN105063540B、CN105112908B、CN105821275A、CN107130126A等均为金属基碳化钨陶瓷材料制备工艺，所用工艺有等离子喷涂技术、激光熔覆技术、感应炉熔化技术、原位生成技术等，与本申请的碳化钨基金属复合材料均有本质区别，且其制备纯度和材料性能均低于本申请。中国申请CN104911586A公开了一种在金属基材料表面熔覆碳化钨覆层的方法，将碳化钨粉末和特种金属合金粉末混合均匀后，加入成膜剂，并将粉末轧制成扁平布状，得到碳化钨合金覆层；使用胶黏剂或使用机械夹持方法将碳化钨合金覆层粘在金属基材表面；将带有碳化钨合金覆层的金属基材在真空炉熔烧，熔烧完成后空气冷却，并进行后续热处理；该方法制备的复合材料中基体金属与碳化钨增强相分布不够均匀，复合材料性能有待提高，且高温、真空条件下烧制的碳化钨颗粒的性能远低于本申请。
本申请为碳化钨基复合材料，属于陶瓷基复合材料，与镍基碳化钨复合材料、钴基碳化钨复合材料均不相同。现有技术中陶瓷基复合材料的制备：
中国申请CN108531884A公开了一种钴包覆陶瓷基复合硬质合金粉体的制备方法，中国专利CN108689726B公开了一种镍包覆陶瓷复合粉体的制备方法，两者具体公开的制备方法包括：流化床反应器加热到反应温度，将陶瓷粉体加入流化床中，流化气体为氩气与氢气的混合气体；以钴/镍卤化物为钴源，钴/镍源加热为钴/镍卤化物蒸气，钴/镍卤化物蒸气以另一路氩气为载气，载入流化床中，与流化床中氢气发生化学气相沉积反应，得到钴/镍包覆陶瓷基复合硬质合金粉体。可见，两者属于化学气相沉积工艺，要求钴/镍包覆量占比0.1～20％；而化学气相沉积过程中，随着反应的进行钴/镍颗粒会有所长大；而且，该工艺仅为陶瓷基复合材料粉体制备工艺，与本申请复合材料粉体制备及烧结工艺不同。
中国申请CN110318016A公开了一种非晶强化碳化钨涂层及其制备方法，采用超音速火焰喷涂技术在金属工件表面制备由非晶相掺杂的高耐磨WC涂层；中国申请CN101148747A公开了热喷涂WC/Co粉末及涂层制备，主要用于涂层制备，与本申请所述材料的用途不同；上述申请的制备方法采用的是超音速喷涂技术，与本申请制备方法完全不同，而且上述制备方法得到的材料性能有待提高，例如中国申请CN101148747A中得到的材料硬度约为8.76GPa。
中国专利CN1178856C公开了一种大块纳米晶碳化钨材料的制备方法，其公开了按照铝12～21％，三氧化钨75～86％，碳1～5％混合物料，球磨干混4～12小时，在20～30Mpa的压力下将物料在模具中压实。将模具至于反应容器中，通入惰性气体吹扫排出空气，加热到250～300℃保温，在通入5～8Mpa惰性气体，将物料继续加热到350～380℃，在此温度下通过引燃引发反应，所用的引燃剂是硫酸盐、煤粉、锰酸盐组成的混合物，引燃剂占总反应物料重量的5～10％。该方法主要缺点：1.该方法使用引燃剂，引入了其他杂质元素；2.无法保证铝、三氧化钨、碳之间完全反应，残存的原始物料会对碳化钨陶瓷材料的性能造成影响；3.引燃过程中，随着化学反应的进行，碳化钨陶瓷材料中的物相均会逐步长大；4.所得碳化钨材料硬度较差，仅有7～9Gpa。
中国专利CN101898239B公开了一种复合耐磨材料陶瓷颗粒增强体的制备方法，该工艺将粒度为8-14目的铸造碳化钨颗粒填充于石墨模具中，再烧结将预制体规则排列在铸型端面，采用负压浇铸的方法可使基体金属与陶瓷颗粒增强体形成复合材料。该方法制备的复合材料中存在基体金属与碳化钨增强相分布不够均匀，复合材料综合性能有待提高的问题。
综上所述，现有技术中没有一种既可以提高碳化钨复合材料韧性，增强碳化钨复合材料的综合性能，同时还具有操作简单、工艺流程短优点的陶瓷基复合材料的制备方法。
发明内容
基于上述问题，本发明的目的在于提供一种碳化钨基复合材料及其制备方法，以解决现有技术中碳化钨基复合材料韧性差、综合性能低，制备工艺操作复杂、工艺流程长的问题。
本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：
根据本发明的一个方面，本发明提供的一种碳化钨基复合材料制备方法，包括：
以碳化钨和金属相为原料，按照碳化钨基复合材料中金属相质量分数为1～6wt％配料；其中，所述金属相为金属镍或金属钴；
将配好的原料加入球磨机中进行球磨，使碳化钨和金属相充分混合均匀；
将混合后物料在20～40Mpa压力下压制成块状，放入石墨模具中；
将所述石墨模具放入真空热压炉中，通过真空热压烧结制备得到碳化钨基复合材料。
优选地，按照碳化钨基复合材料中金属相质量分数为2～4wt％配料。更优选地，按照碳化钨基复合材料中金属相质量分数为3wt％配料。
优选地，所述碳化钨的颗粒粒径为1～200μm，金属相颗粒粒径小于100μm。更优选地，所述金属相颗粒粒径为10～100nm。
优选地，所述真空热压炉的真空度小于或等于10Pa。
优选地，所述真空热压炉的升温速率为15～25℃/min，反应温度为1400～1600℃。
优选地，所述球磨机的转速为200～400rpm，球磨时间为2～4h。
优选地，在真空热压烧结时，所述石墨磨具上方施加20～40Mpa压力。进一步地，所述石墨模具上方设置有液压杆，通过所述液压杆施加压力。
根据本发明的另一方面，本发明提供的一种碳化钨基复合材料，采用所述碳化钨基复合材料制备方法制备得到。
优选地，所述碳化钨基复合材料的密度为13.79～15.34g/cm3；硬度为15.9～20.5Gpa；断裂韧性为11.5～14.2Mpa·m1/2。
更优选地，所述碳化钨基复合材料的硬度为16.3～20.5Gpa；断裂韧性为11.5～12.8Mpa·m1/2。
与现有技术相比，本发明以碳化钨和金属相镍/钴为原料，并按照碳化钨基复合材料中金属相质量分数为1～6wt％配料，球磨使碳化钨和金属相充分混合均匀后压制，放于石墨模具中，再置于真空热压炉中通过真空热压烧结制备得到的碳化钨基复合材料，其韧性好、致密度高、硬度大，其综合性能优越且制备工艺操作简单、工艺流程短。
本发明的优点和有益效果具体体现在：
1)本发明中的复合材料为碳化钨基复合材料，本发明通过仅需加入1～6％的金属相即可解决碳化钨材料本身韧性差的缺点。
2)本发明通过球磨工艺，将原料充分混合均匀，采用真空热压烧结工艺制备复合材料，在加热、加压条件下，物料处于热塑性状态有助于降低材料孔隙度，同时缩短烧结时间、抵制晶粒长大，最终得到晶粒细小、致密度高、机型性能和力学性能优越的复合材料。
附图说明
图1是本发明实施例中碳化钨基复合材料制备方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1示意性地示出了本发明实施例中碳化钨基复合材料制备方法的流程。如图1所示，本发明提供的一种碳化钨基复合材料的制备方法，可以包括：
步骤S1，以碳化钨和金属相(金属镍或金属钴)为原料，其中碳化钨基复合材料中金属相的质量分数为1～6wt％。具体地说，在球磨前先按照碳化钨基复合材料中金属相的质量分数进行配料，例如可以按照金属相的质量分数为1.2wt％、1.5wt％、2.0wt％、2.5wt％、2.8wt％、3.0wt％、3.5wt％、3.8wt％、4.0wt％、4.5wt％、5.0wt％、5.5wt％等进行配料，优选地，可以按照金属相的质量分数为为2～4wt％进行配料，该优选范围下得到的材料综合性能更优。
针对碳化钨材料硬度高、耐高温、化学性质稳定，但其韧性较差，当碳化钨材料处于应力状态时，会产生裂纹，甚至断裂导致材料失效的问题，本发明仅通过在碳化钨陶瓷中加入1～6％的金属相镍或者钴，就可以提高碳化钨复合材料的韧性，增强碳化钨复合材料的综合性能。
优选地，可以按照碳化钨基复合材料中金属相质量分数为2～4wt％进行配料；该范围内得到的复合材料不仅韧性好，且其综合性能较高。
进一步地，例如，可以按照碳化钨基复合材料中金属相质量分数为3wt％进行配料，按照该质量分数配料可以使得碳化钨基复合材料的性能达到最优。申请人在实施本发明具体实施例过程中发现：碳化钨基复合材料中的金属相并不是含量越高越好，当金属相含量过高时，碳化钨基复合材料的硬度会有所降低，影响复合材料性能；而当碳化钨基复合材料中金属相含量为3％时，其综合性能最好。
所述碳化钨的颗粒大小为微米级，具体可以为1～200μm。所述金属相颗粒需小于100μm；例如，可以是小于10μm；可以是小于1μm。优选地，所述金属相颗粒粒径小于100nm，例如所述金属相颗粒大小可以为10～100nm。申请人在实施本发明具体实施例过程中发现：金属相颗粒大小会影响本发明所述的碳化钨基复合材料的综合性能，且当金属相颗粒越小、金属颗粒在复合材料中分布越均匀，碳化钨基复合材料的综合性能越好。经试验发现由纳米级金属相颗粒制备的碳化钨复合材料的性能要明显优于由微米级金属相颗粒制备的碳化钨复合材料。
本发明通过在碳化钨基体中直接掺入金属相镍或钴，并控制金属相的掺入量，提高了复合材料的韧性；通过进一步控制碳化钨和金属相的颗粒粒径，在提高了碳化钨基复合材料的韧性的基础上，还增强了复合材料的综合性能。
步骤S2，将步骤S1中配料后的原料加入球磨机中进行球磨，且保证碳化钨和金属相镍/钴充分混合均匀。
其中，所述球磨机例如可以为行星式球磨机，所述行星式球磨机使用的球磨罐和磨球材质可以是聚四氟乙烯、氮化硅、氧化锆等；球磨机的转速可以为200～400rpm，例如250rpm、300rpm、350rpm；球磨时间可以为2～4h，例如2.5h、3h、3.5h。申请人在实施本发明具体实施例过程中发现：球磨工序主要用于混合碳化钨颗粒和金属相颗粒，当球磨机转速超过200rpm、球磨时间超过2h时，原料中的碳化钨颗粒和金属相即可混合均匀，本发明通过对球磨转速和时间进行控制，从而缩短了工艺流程，进而降低了生产成本。
步骤S3，将步骤S2中得到的混合物料压制成块，可以在20～40Mpa压力下压制成块，随后将样品放入石墨模具中。该步骤通过对混合料进行压制可以降低材料的孔隙度，可抵制晶粒长大，进而提高了复合材料的综合性能。
步骤S4，将石墨模具放入真空热压炉中，通过真空热压烧结技术可制备得到碳化钨基复合材料。
本发明优选采用真空热压烧结工艺制备碳化钨基复合材料，其生产成本更低；当然不限于此，也可以采用热等静压烧结工艺，热等静压的压力传递介质为惰性气体。本申请真空热压烧结工艺得到的碳化钨颗粒性能也远远高于高温真空条件下烧制得到的材料性能。
本发明在真空热压烧结过程中，真空热压炉的真空度需小于或等于10Pa，例如可以为1～10Pa。申请人在实施本发明具体实施例过程中发现：真空热压烧结过程中，当真空度小于10Pa即可满足制备复合材料的需求。真空度的选择并不是越小越好，由于真空热压烧结使用的是石墨模具，即使有少量空气存在也会和石墨模具发生反应，不会影响石墨模具内部的碳化钨基复合材料。因此，本发明真空热压炉的真空度控制在不高于10Pa，即可实现成本低、操作便捷，工艺流程短的有益效果。
进一步地，本发明所述真空热压炉的升温速率为15～25℃/min，例如可以为16℃/min、18℃/min、20℃/min、22℃/min和24℃/min等，反应温度为1400～1600℃，例如可以为1450℃、1500℃、1550℃和1600℃等。通过对升温速率和反应温度的控制可以进一步提高复合材料的硬度、致密度等，且使得复合材料中各相分布更均匀。
在一可选实施例中，本发明在真空炉升温和保温的过程中，石墨模具中的样品是在20～40Mpa压力下完成真空热压烧结，当样品的尺寸不再发生变化后真空热压炉停止加热。具体地，真空热压烧结过程中，石墨模具上方设有一个液压杆提供一个向下的单轴压力，操作过程中会通过仪器记录所述液压杆的运行轨迹，当液压杆不再发生明显位移时，结束真空热压烧结过程，样品随炉降温。
本发明通过球磨工艺将原料充分混合均匀，采用真空热压烧结工艺制备得到碳化钨基复合材料。其中，在加热、加压条件下，物料处于热塑性状态有助于降低材料孔隙度，同时缩短了烧结时间、抵制晶粒长大，最终得到晶粒细小、致密度高、机械性能和力学性能优越的复合材料。
本发明提供的一种碳化钨基复合材料，是采用上述碳化钨基复合材料制备方法制备得到。经检测，所述碳化钨基复合材料的密度为13.79～15.34g/cm3；硬度为15.9～20.5Gpa，优选为16.3～20.5Gpa；断裂韧性为11.5～14.2Mpa·m1/2，优选为11.5～12.8Mpa·m1/2。
本发明直接以金属相镍或钴为原料，而非经还原反应制备得到，从而可以避免采用还原反应制备镍所存在的还原不充分，无法有效控制镍含量的问题。而且，本发明采用真空热压烧结能有效降低材料孔隙度，且仅需一次升温烧结处理过程即可，整体工艺流程更短，避免了在真空无压烧结时产生的还原气体产物会造成材料孔隙度变大的问题，同时也避免了烧结后需再次采用热等静压等处理操作。
下面结合具体实施例对本发明的进行进一步说明。
实施例1
按照碳化钨基复合材料中镍含量为3wt％，配置碳化钨颗粒和金属镍颗粒。其中，碳化钨颗粒大小为100～150μm，金属镍颗粒为10～50nm。将混合好的碳化钨颗粒和金属镍颗粒加入氮化硅球磨罐中，以300rpm转速在行星式球磨机中球磨3h。将球磨后的混合料在40Mpa压力下压制成块，随后将样品放入石墨模具中。将石墨模具放入真空热压炉中，以20℃/min升温速率升温至1500℃并进行保温，试验过程中炉内真空压力控制在1Pa，并在样品上方施加40Mpa压力进行烧结。当样品不发生明显变化后，停止加热并随炉降至室温。经检测，碳化钨基复合材料的主要物性参数如表1所示。
表1碳化钨基复合材料物性参数
WC理论密度 15.63g/cm<sup>3</sup>
样品实测密度 15.34g/cm<sup>3</sup>
硬度(维氏硬度) 20.5Gpa
断裂韧性 12.8Mpa·m<sup>1/2</sup>
实施例2
按照碳化钨基复合材料中钴含量为3wt％，配置碳化钨颗粒和金属钴颗粒。其中，碳化钨颗粒大小为100～150μm，金属钴颗粒为10～50nm。将混合好的碳化钨颗粒和金属钴颗粒加入氮化硅球磨罐中，以300rpm转速在行星式球磨机中球磨3h。将球磨后的混合料在40Mpa压力下压制成块，随后将样品放入石墨模具中。将石墨模具放入真空热压炉中，以20℃/min升温速率升温至1500℃并进行保温，试验过程中炉内真空压力控制在1Pa，并在样品上方施加40Mpa压力进行烧结。当样品不再发生明显变化后，停止加热并随炉降至室温。经检测，碳化钨基复合材料的主要物性参数如表2所示。
表2碳化钨基复合材料物性参数
WC理论密度 15.63g/cm<sup>3</sup>
样品实测密度 15.16g/cm<sup>3</sup>
硬度(维氏硬度) 19.8Gpa
断裂韧性 12.7Mpa·m<sup>1/2</sup>
实施例3
按照碳化钨基复合材料中镍含量为6wt％，配置碳化钨颗粒和金属镍颗粒。其中，碳化钨颗粒大小为100～150μm，金属镍颗粒为10～50nm。将混合好的碳化钨颗粒和金属镍颗粒加入氮化硅球磨罐中，以300rpm转速在行星式球磨机中球磨3h。将球磨后的混合料在40Mpa压力下压制成块，随后将样品放入石墨模具中。将石墨模具放入真空热压炉中，以20℃/min升温速率升温至1500℃并进行保温，试验过程中炉内真空压力控制在1Pa，并在样品上方施加40Mpa压力进行烧结。当样品不再发生明显变化后，停止加热并随炉降至室温。经检测，碳化钨基复合材料的主要物性参数如表3所示。
表3碳化钨基复合材料物性参数
WC理论密度 15.63g/cm<sup>3</sup>
样品实测密度 14.54g/cm<sup>3</sup>
硬度(维氏硬度) 15.9Gpa
断裂韧性 14.2Mpa·m<sup>1/2</sup>
实施例4
按照碳化钨基复合材料中镍含量为3wt％，配置碳化钨颗粒和金属镍颗粒。其中，碳化钨颗粒大小为100～150μm，金属镍颗粒为50～100μm。将混合好的碳化钨颗粒和金属镍颗粒加入氮化硅球磨罐中，以300rpm转速在行星式球磨机中球磨3h。将球磨后的混合料在40Mpa压力下压制成块，随后将样品放入石墨模具中。将石墨模具放入真空热压炉中，以20℃/min升温速率升温至1500℃并进行保温，试验过程中炉内真空压力控制在1Pa，并在样品上方施加40Mpa压力进行烧结。当样品不再发生明显变化后，停止加热并随炉降至室温。经检测，碳化钨基复合材料的主要物性参数如表4所示。
表4碳化钨基复合材料物性参数
WC理论密度 15.63g/cm<sup>3</sup>
样品实测密度 14.02g/cm<sup>3</sup>
硬度(维氏硬度) 16.3Gpa
断裂韧性 11.5Mpa·m<sup>1/2</sup>
实施例5
按照碳化钨基复合材料中镍含量为3wt％，配置碳化钨颗粒和金属镍颗粒。其中，碳化钨颗粒大小为100～150μm，金属镍颗粒为10～50nm。将混合好的碳化钨颗粒和金属镍颗粒加入四氟化硅球磨罐中，以200rpm转速在行星式球磨机中球磨2h。将球磨后的混合料在20Mpa压力下压制成块，随后将样品放入石墨模具中。将石墨模具放入真空热压炉中，以20℃/min升温速率升温至1450℃并进行保温，试验过程中炉内真空压力控制在10Pa，并在样品上方施加20Mpa压力进行烧结。当样品不再发生明显变化后，停止加热并随炉降至室温。经检测，碳化钨基复合材料的主要物性参数如表5所示。
表5碳化钨基复合材料物性参数
WC理论密度 15.63g/cm<sup>3</sup>
样品实测密度 13.79g/cm<sup>3</sup>
硬度(维氏硬度) 19.7Gpa
断裂韧性 12.3Mpa·m<sup>1/2</sup>
实施例6
按照碳化钨基复合材料中镍含量为2wt％，配置碳化钨颗粒和金属镍颗粒。其中，碳化钨颗粒大小为100～150μm，金属镍颗粒为50～100nm。将混合好的碳化钨颗粒和金属镍颗粒加入四氟化硅球磨罐中，以200rpm转速在行星式球磨机中球磨2h。将球磨后的混合料在20Mpa压力下压制成块，随后将样品放入石墨模具中。将石墨模具放入真空热压炉中，以20℃/min升温速率升温至1450℃并进行保温，试验过程中炉内真空压力控制在10Pa，并在样品上方施加20Mpa压力进行烧结。当样品不再发生明显变化后，停止加热并随炉降至室温。经检测，碳化钨基复合材料的主要物性参数如表6所示。
表6碳化钨基复合材料物性参数
Figure BDA0003126660500000111
Figure BDA0003126660500000121
实施例7
按照碳化钨基复合材料中镍含量为4wt％，配置碳化钨颗粒和金属镍颗粒。其中，碳化钨颗粒大小为100～150μm，金属镍颗粒为50～100nm。将混合好的碳化钨颗粒和金属镍颗粒加入四氟化硅球磨罐中，以200rpm转速在行星式球磨机中球磨2h。将球磨后的混合料在20Mpa压力下压制成块，随后将样品放入石墨模具中。将石墨模具放入真空热压炉中，以20℃/min升温速率升温至1450℃并进行保温，试验过程中炉内真空压力控制在10Pa，并在样品上方施加20Mpa压力进行烧结。当样品不再发生明显变化后，停止加热并随炉降至室温。经检测，碳化钨基复合材料的主要物性参数如表7所示。
表7碳化钨基复合材料物性参数
WC理论密度 15.63g/cm<sup>3</sup>
样品实测密度 13.99g/cm<sup>3</sup>
硬度(维氏硬度) 18.5Gpa
断裂韧性 11.8Mpa·m<sup>1/2</sup>
对比例1
将100～150μm的碳化钨颗粒在40Mpa压力下压制成块，随后将样品放入石墨模具中。将石墨模具放入真空热压炉中，以20℃/min升温速率升温至1500℃并进行保温，试验过程中炉内真空压力控制在1Pa，并在样品上方施加40Mpa压力进行烧结。当样品不再发生明显变化后，停止加热并随炉降至室温。经检测，碳化钨材料的主要物性参数如表8所示。
表8碳化钨基复合材料物性参数
Figure BDA0003126660500000122
Figure BDA0003126660500000131
对比例2
按照碳化钨基复合材料中镍含量为0.75wt％，配置碳化钨颗粒和金属镍颗粒。其中，碳化钨颗粒大小为100～150μm，金属镍颗粒为50～100nm。碳化钨颗粒和金属镍在40Mpa压力下压制成块，随后将样品放入石墨模具中。将石墨模具放入真空热压炉中，以20℃/min升温速率升温至1500℃并进行保温，试验过程中炉内真空压力控制在1Pa，并在样品上方施加40Mpa压力进行烧结。当样品不再发生明显变化后，停止加热并随炉降至室温。经检测，碳化钨材料的主要物性参数如表9所示。
表9碳化钨基复合材料物性参数
WC理论密度 15.63g/cm<sup>3</sup>
样品实测密度 13.98g/cm<sup>3</sup>
硬度(维氏硬度) 20.1Gpa
断裂韧性 6.3Mpa·m<sup>1/2</sup>
综上，本发明实施例通过将以碳化钨和金属相镍/钴为原料，并按照碳化钨基复合材料中金属相质量分数1～6wt％进行配料，球磨使碳化钨和金属相充分混合均匀，压制放于石墨模具中，置于真空度不高于10Pa的真空热压炉中，真空热压烧结并施加压力，从而制备得到孔隙度低、晶粒细小、致密度高、机械性能和力学性能优越的碳化钨基复合材料，例如，该复合材料断裂韧性为11.5～14.2Mpa·m1/2，密度为13.79～15.34g/cm3，硬度为15.9～20.5Gpa。其中，按照碳化钨基复合材料中金属相质量分数2～4wt％进行配料时，材料的综合性能更优越。
本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (6)

1.一种碳化钨基复合材料的制备方法，其特征在于，包括：
以碳化钨和金属相为原料，按照碳化钨基复合材料中金属相质量分数为1～4wt％配料；其中，所述金属相为金属镍或金属钴；其中，所述碳化钨的颗粒粒径为100～150μm，所述金属相的颗粒粒径为10～100nm；
将配好的原料加入球磨机中进行球磨，使碳化钨和金属相充分混合均匀；
将混合后物料在20～40MPa压力下压制成块状，放入石墨模具中；
将所述石墨模具放入真空热压炉中，通过真空热压烧结制备得到碳化钨基复合材料；其中，真空度1～10Pa，升温速率为15～25℃/min，反应温度为1400～1600℃。
2.根据权利要求1所述的碳化钨基复合材料的制备方法，其特征在于，按照碳化钨基复合材料中金属相质量分数为3wt％配料。
3.根据权利要求1所述的碳化钨基复合材料的制备方法，其特征在于，所述球磨机的转速为200～400rpm，球磨时间为2～4h。
4.根据权利要求1所述的碳化钨基复合材料的制备方法，其特征在于，在真空热压烧结时，所述石墨磨具上方施加20～40MPa压力。
5.一种碳化钨基复合材料，其特征在于，采用权利要求1-4任一项所述碳化钨基复合材料的制备方法制备得到。
6.根据权利要求5所述的碳化钨基复合材料，其特征在于，所述碳化钨基复合材料的密度为13.79～15.34g/cm3；硬度为15.9～20.5GPa；断裂韧性为11.5～14.2MPa·m1/2。
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