專利名稱：用于制備金屬陶瓷的粉末顆粒及金屬陶瓷的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及金屬陶瓷及其制備方法，尤其涉及Ti (C，N)基金屬陶瓷及其制備方法。
背景技術(shù)：
Ti (C，N)基金屬陶瓷是ー類以Ti (C，N)粉或TiC與TiN的混合粉為硬質(zhì)相主要原料，以Co、Ni、Mo等金屬為粘接相原料，且通常還加入有WC、TaC、NbC、Mo2C、VC、Cr3C2等過渡族金屬碳化物為添加劑經(jīng)過粉碎、混合一模壓ー燒結(jié)所形成的復(fù)合材料，主要用于制造切削工具。其中，粘接相金屬的選擇范圍較寬，如CN102046823A (申請(qǐng)人住友電氣エ業(yè)株式會(huì)社)的專利文獻(xiàn)中就提出可在鐵族金屬中任意選取。
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目前，為提高Ti(C，N)基金屬陶瓷的硬度、斷裂韌性和抗彎強(qiáng)度，本領(lǐng)域的研究方向主要集中在過渡族金屬碳化物的添加方面，其中，尤其以WC的添加最為常見。單純采用機(jī)械混合的方法添加WC后，雖然燒結(jié)時(shí)可在硬質(zhì)相上形成由(Ti，W) (C，N)復(fù)合固溶體所構(gòu)成的環(huán)形殼層，但該環(huán)形殼層通常并不完整，以至硬質(zhì)相中一部分的Ti (C，N)和粘接相金屬直接接觸，引起硬質(zhì)相脫碳等問題，使金屬陶瓷的斷裂韌性和抗彎強(qiáng)度下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明g在提供ー種能夠增強(qiáng)增韌的Ti (C，N)基金屬陶瓷的制備方法，以及實(shí)施該制備方法時(shí)所使用的粉末顆粒和該粉末顆粒的制備方法。本發(fā)明的金屬陶瓷的制備方法包括的步驟為I)制備粉末混合物原料的組份及配比(重量百分比)由Ti (C，N)粒芯及WC包覆層構(gòu)成的粉末顆粒60% 70%鐵族金屬10% 20%除WC以外的過渡族金屬碳化物其余按照上述組份及配比，將所述粉末顆粒、鐵族金屬以及過渡族金屬碳化物進(jìn)行粉碎并混合，制得粉末混合物；2)成型通過壓カ成型將上述粉末混合物制成壓坯；3)燒結(jié)將上述壓坯置于真空或保護(hù)氣氛中進(jìn)行燒結(jié)，冷卻后即得到所述金屬陶瓷。上述方法中所使用的作為硬質(zhì)相原料的粉末顆粒是由Ti (C，N)粒芯及WC包覆層構(gòu)成的，即由WC包覆Ti (C，N)所形成的顆粒。而現(xiàn)有Ti (C，N)基金屬陶瓷的硬質(zhì)相原料則為Ti (C，N)粉或TiC與TiN的混合粉。相比于現(xiàn)有單純采用機(jī)械混合的方法添加WC，本發(fā)明通過物理包覆的方式實(shí)現(xiàn)了在Ti (C，N)顆粒的表面覆蓋ー層WC，因此，在燒結(jié)過程中，Ti (C，N)與WC的界面形成較完整的(Ti，W) (C，N)環(huán)形化合物，(Ti，W) (C，N)在粘接相金屬中溶解占位從而阻礙Ti (C，N)中的Ti、N、C原子的擴(kuò)散，有效抑制Ti、N、C原子在粘接相中的溶解和析出，降低了碳?xì)饣瘹J在粘接相中的溶解度，減少碳?xì)饣瘹J在粘接相中溶解析出再長大導(dǎo)致的N分解，增強(qiáng)碳氮化鈦的穩(wěn)定性，使碳氮化鈦晶粒細(xì)化，提高金屬陶瓷的硬度和強(qiáng)韌性。具體的，所述鐵族金屬選自Co、Ni、Fe、Cu中的ー種或幾種。具體的，所述過渡族金屬碳化物選自TaC、NbC、Mo2C中的ー種或幾種。其中，所述WC包覆層的重量最好占每單位粉末顆粒重量的10% 40%。這是因?yàn)?，若WC包覆層的重量占每單位粉末顆粒重量小于10%時(shí)，難以實(shí)現(xiàn)WC對(duì)Ti (C1N)的完全包覆，因此對(duì)材料力學(xué)性能的提高并無十分明顯(但仍有一定提高)；而若WC包覆層的重量占每單位粉末顆粒重量大于40%，則會(huì)因材料硬度的下降而使金屬陶瓷的性能達(dá)不到最理想的范圍。
此外，所述粉末顆粒的平均粒徑最好為3微米 6微米，以使制備的金屬陶瓷具更有優(yōu)異的力學(xué)性能。上述方法中的成型、燒結(jié)過程可采用現(xiàn)有的エ藝和手段。壓カ成型可以選擇模壓、等靜壓、擠壓和軋制等方法。本發(fā)明的用于制備金屬陶瓷的粉末顆粒，其由Ti (C，N)粒芯及WC包覆層構(gòu)成?；谝殃愂龅睦碛桑鯳C包覆層的重量最好占每單位粉末顆粒重量的10% 40%。更優(yōu)的選擇是WC包覆層的重量占每單位粉末顆粒重量的20% 30%。試驗(yàn)表明，當(dāng)WC包覆層的重量占每單位粉末顆粒重量的比例處于上述區(qū)間范圍內(nèi)吋，Ti (C，N)基金屬陶瓷在硬度、抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性方面均明顯優(yōu)于現(xiàn)有金屬陶瓷。基于已陳述的理由，所述粉末顆粒的平均粒徑最好為3微米 6微米。上述粉末顆粒的制備方法包括的步驟為將Ti (C，N)粉末分散在鎢酸銨溶液中以得到混合漿料；將所述混合漿料進(jìn)行干燥以得到仲鎢酸銨包覆Ti (C，N)顆粒的前軀體粉末；將所述前軀體粉末置于甲烷氣氛中反應(yīng)以得到由Ti (C，N)粒芯及WC包覆層構(gòu)成的粉末顆粒。其中，最好采用聚こ烯亞胺作分散劑將Ti (C，N)粉末均勻分散在鎢酸銨溶液中從而得到所述混合漿料。當(dāng)采用聚こ烯亞胺作為Ti (C，N)粉末在鎢酸銨溶液中的分散劑時(shí)，聚こ烯亞胺利用其在固液界面的吸附作用，形成吸附層來阻礙Ti (C，N)顆粒的互相作用和團(tuán)聚，提高Ti (C，N)粉末在鎢酸銨溶液中的分散性，以便經(jīng)干燥實(shí)現(xiàn)WC對(duì)Ti (C，N)的完
整包覆。此外，所述鎢酸銨溶液的加入量最好按制備得到的粉末顆粒中WC包覆層的重量占每單位粉末顆粒重量的10% 40%來計(jì)算。此外，為了達(dá)到理想的粒徑，將Ti (C，N)粉末和鎢酸銨溶液置于滾筒式球磨機(jī)中，并加入分散劑混合球磨；滾筒式球磨機(jī)中球料比為(6 8): 1，并以20 40轉(zhuǎn)/分鐘的速度球磨5小時(shí) 15小時(shí)。與普通Ti (C，N)基金屬陶瓷相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)I、采用WC包覆Ti (C，N)粉末作為硬質(zhì)相原料制造的Ti (C，N)基金屬陶瓷，其硬度、抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性均優(yōu)于現(xiàn)有Ti (C，N)基金屬陶瓷。
2、采用聚こ烯亞胺作為Ti (C，N)粉末在鎢酸銨溶液中的分散劑，聚こ烯亞胺利用其在固液界面的吸附作用，形成吸附層來阻礙Ti (C，N)顆粒的互相作用和團(tuán)聚，提高Ti(C，N)粉末在鎢酸銨溶液中的分散性，以通過干燥實(shí)現(xiàn)WC對(duì)Ti (C，N)的完整包覆。3、本發(fā)明燒結(jié)過程中，Ti (C，N)與WC的界面形成完整的(Ti，W) (C，N)環(huán)形化合物，解決了燒結(jié)時(shí)Ti (C，N)在粘接相中溶解導(dǎo)致的N分解以及Ti (C，N)與粘接相金屬潤濕性差的問題。
具體實(shí)施例方式<試驗(yàn)例>制造Ti (C，N)基金屬陶瓷，然后對(duì)這些Ti (C，N)基金屬陶瓷的硬度、斷裂韌性和抗彎強(qiáng)度進(jìn)行檢測。試驗(yàn)的基本步驟為 I)制備由WC包覆Ti (C，N)的粉末顆粒A.將Ti (C，N)粉末和0. 5mol/L的鎢酸銨溶液置于滾筒式球磨機(jī)中，并加入為Ti(C，N)粉末重量I % 3%的分散劑混合球磨；滾筒式球磨機(jī)中球料比為(6 8) :1，并以20 40轉(zhuǎn)/分鐘的速度球磨5小時(shí) 15小時(shí)。由此，將Ti (C，N)粉末均勻分散在鎢酸銨溶液中后得到混合漿料。B.將混合漿料進(jìn)行噴霧干燥，得到仲鎢酸銨包覆Ti (C，N)顆粒的前軀體粉末；然后將前軀體粉末置于管式爐中，在50 100毫升/分鐘的甲烷氣氛中，以800°C 1200°C反應(yīng)I小吋 2小吋，制得粉末顆粒，該粉末顆粒即由Ti (C，N)粒芯及WC包覆層構(gòu)成。2)制備粉末混合物按設(shè)定的組份及配比稱取原料，在滾筒式球磨機(jī)中以球料比(6 8) :1，20 40轉(zhuǎn)/分鐘的速度，進(jìn)行60 90小時(shí)的混合球磨，制備得到粉末混合物。3)成型在粉末混合物中加入石蠟、PEG等成型劑，攪拌均勻，過篩后在模具中模壓制成壓還，模壓壓カ為IOOMpa 300Mpa。4)燒結(jié)將上述壓坯置于真空或保護(hù)氣氛中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)時(shí)在1380°C 1480°C下保溫I小吋 3小時(shí)，冷卻后即得到所述金屬陶瓷。注意下述部分試驗(yàn)未使用由WC包覆Ti (C, N)的粉末顆粒作硬質(zhì)相原料。[表 I]由WC包覆Ti (C，N)的粉末顆粒的制備條件
表I
權(quán)利要求
1.用于制備金屬陶瓷的粉末顆粒，其特征是其由Ti(C，N)粒芯及WC包覆層構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求I所述的用于制備金屬陶瓷的粉末顆粒，其特征是所述WC包覆層的重量占每單位粉末顆粒重量的10% 40%。
3.如權(quán)利要求I或2所述的用于制備金屬陶瓷的粉末顆粒，其特征是所述粉末顆粒的平均粒徑為3微米 6微米。
4.用于制備金屬陶瓷的粉末顆粒的制備方法，包括的步驟為將Ti(C，N)粉末分散在鎢酸銨溶液中以得到混合漿料；將所述混合漿料進(jìn)行干燥以得到仲鎢酸銨包覆Ti (C，N)顆粒的前軀體粉末；將所述前軀體粉末置于甲烷氣氛中反應(yīng)以得到由Ti (C，N)粒芯及WC包覆層構(gòu)成的粉末顆粒。
5.如權(quán)利要求4所述的用于制備金屬陶瓷的粉末顆粒的制備方法，其特征在于采用聚乙烯亞胺作分散劑將Ti (C，N)粉末均勻分散在鎢酸銨溶液中從而得到所述混合漿料。
6.如權(quán)利要求4所述的用于制備金屬陶瓷的粉末顆粒的制備方法，其特征在于所述鎢酸銨溶液的加入量按制備得到的粉末顆粒中WC包覆層的重量占每單位粉末顆粒重量的10% 40%來計(jì)算。
7.如權(quán)利要求4所述的用于制備金屬陶瓷的粉末顆粒的制備方法，其特征在于將Ti(C，N)粉末和鎢酸銨溶液置于滾筒式球磨機(jī)中，并加入分散劑混合球磨；滾筒式球磨機(jī)中球料比為(6 8) : 1，并以20 40轉(zhuǎn)/分鐘的速度球磨5小時(shí) 15小時(shí)。
8.金屬陶瓷的制備方法，包括的步驟為 1)制備粉末混合物 原料的組份及配比(重量百分比) 權(quán)利要求I至3中任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的粉末顆粒60% 70%鐵族金屬10% 20% 除WC以外的過渡族金屬碳化物其余 按照上述組份及配比，將所述粉末顆粒、鐵族金屬以及過渡族金屬碳化物進(jìn)行粉碎并混合，制得粉末混合物； 2)成型 通過壓力成型將上述粉末混合物制成壓坯； 3)燒結(jié) 將上述壓坯置于真空或保護(hù)氣氛中進(jìn)行燒結(jié)，冷卻后即得到所述金屬陶瓷。
9.如權(quán)利要求8所述的金屬陶瓷的制備方法，其特征在于所述鐵族金屬選自Co、Ni、Fe、Cu中的一種或幾種。
10.如權(quán)利要求7或8所述的金屬陶瓷的制備方法，其特征在于所述過渡族金屬碳化物選自TaC、NbC、Mo2C中的一種或幾種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種能夠增強(qiáng)增韌的Ti(C，N)基金屬陶瓷的制備方法，以及實(shí)施該制備方法時(shí)所使用的粉末顆粒和該粉末顆粒的制備方法。本發(fā)明的制備方法包括的步驟為1)制備粉末混合物原料的組份及配比(重量百分比)由Ti(C，N)粒芯及WC包覆層構(gòu)成的粉末顆粒60％～70％；鐵族金屬10％～20％；除WC以外的過渡族金屬碳化物其余；按照上述組份及配比，將所述粉末顆粒、鐵族金屬以及過渡族金屬碳化物進(jìn)行粉碎并混合，制得粉末混合物；2)成型通過壓力成型將上述粉末混合物制成壓坯；3)燒結(jié)將上述壓坯置于真空或保護(hù)氣氛中進(jìn)行燒結(jié)，冷卻后即得到所述金屬陶瓷。該方法中所使用的粉末顆粒是由Ti(C，N)粒芯及WC包覆層構(gòu)成的。
文檔編號(hào)C22C1/05GK102796932SQ20121031150
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月29日
發(fā)明者顏焰, 陳輝, 萬武輝 申請(qǐng)人:成都美奢銳新材料有限公司