Ti(C，N)基金属陶瓷及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种Ti(C，N)基金属陶瓷及其制备方法和应用，属于金属陶瓷技术领域。该Ti(C，N)基金属陶瓷由以下质量百分比的原料制成：Ti(C0.5，N0.5)40‑55％、Ti(C0.3，N0.7)10‑25％、Ni10‑15％、Co10‑15％、Mo10‑20％、WC8‑12％、C0.5‑2％、TaC1‑5％、Y2O3、0.1‑01％。上述Ti(C，N)基金属陶瓷的原料中，考虑了C/N比，因此烧结过程的脱氮与脱碳现象平衡，不影响成品的致密度，不影响材料的性能，烧结过程也不用添加惰性气体，即可得到韧性好、硬度及强度高的金属陶瓷。具有生产简便、成本降低的优点，适用于工业推广。

【技术实现步骤摘要】
Ti(C，N)基金属陶瓷及其制备方法和应用
本专利技术涉及金属陶瓷
，特别是涉及一种Ti(C，N)基金属陶瓷及其制备方法和应用。
技术介绍
金属陶瓷是由金属粘结相和陶瓷硬质相两相共同构成的二种多相复合功能结构材科。它不仅具有陶瓷材料强度高、耐磨损、抗氧化和高温稳定性好的特点，还同时兼具金属材料塑性、韧性高的优点，是一种高性能耐高温，且具有良好高温化学稳定性的工程结构材料。Ti(C，N)基金属陶瓷的发展只有不到半个世纪，因其优良的耐高温和时磨性能、优异的韧性和较高的导热率而备受各国科研工作者的关注，且由于其制备原料来源极其丰富、工艺简单、制备成本低廉等优点，成为传统硬质合金刀具的理想替代产品。但是与硬展合金刀具相比，Ti(C，N)基金属陶瓷材料的强韧性仍显不足，严重制约了其更大范围内的应用推广。
技术实现思路
基于此，有必要针对上述问题，提供一种Ti(C，N)基金属陶瓷，该Ti(C，N)基金属陶瓷具有较高性能，其具有韧性好、硬度及强度高的优点。Ti(C，N)基金属陶瓷，其特征在于，由以下质量百分比的原料制成：上述Ti(C，N)基金属陶瓷的原料中，即充分考虑了各原料之间的相互配合，又兼顾了C/N比，因此烧结过程的脱氮与脱碳现象平衡，不影响成品的致密度，不影响材料的性能，烧结过程也不用添加惰性气体，即可得到韧性好、硬度及强度高的金属陶瓷。在其中一个实施例中，所述原料中，C元素与N元素的质量比为6-7:3-4。优选6:4。采用上述配比，可使得到的金属陶瓷具有更高的性能。在其中一个实施例中，所述原料的平均粒径如下：在其中一个实施例中，所述原料的纯度均不小于99.9％。本专利技术还公开了上述的Ti(C，N)基金属陶瓷的制备方法，包括以下步骤：混料：称取各原料，混合均匀制得混合料；压坯：将所述混合料置于模具中，压坯成型，得生坯；脱胶：将所述生坯加热脱胶；烧结：将脱胶后的生坯进行真空烧结，即得。上述制备方法，原料配比中充分考虑了碳-氮比(C/N比)，因此烧结过程的脱氮与脱碳现象平衡，不影响成品的致密度，不影响材料的性能，且烧结过程不用充氩气等惰性气体，使得生产更加容易，具有生产简便、成本降低的优点。在其中一个实施例中，所述混料步骤中，采用湿式混料，以有机溶剂作为分散介质，以硬质合金球作为球磨介质，混合、研磨原料，得料浆；随后将所述料浆干燥、过筛，得混合料。可以理解的，所述有机溶剂可根据需要选择，如无水乙醇等。在其中一个实施例中，所述压坯过程中，先以60-80MPa压力干压成型，再以冷等静压机，在180-220MPa压力下，保压10-20分钟，得到成型生坯。在其中一个实施例中，所述脱胶步骤中，在真空氛围下以500-700℃加热脱胶0.5-1.5小时。在其中一个实施例中，所述烧结步骤中，在真空度≤10-3Pa，温度1400-1600℃的条件下烧结0.5-2小时。优选1小时。本专利技术还公开了上述的Ti(C，N)基金属陶瓷在用于制备刀具中的应用。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的一种Ti(C，N)基金属陶瓷，具有韧性好、硬度及强度高的优点，其断裂韧性约为6.82MPa·m1/2～8.65MPa·m1/2，维氏硬度约为16.5GPa～19.9GPa，相对密度约为93.81％～98.07％；晶粒尺寸约为0.78μm～2.82μm，抗弯强度可达996MPa；具有较高性能。本专利技术的一种Ti(C，N)基金属陶瓷的制备方法，烧结过程不用充氩气等惰性气体，使得生产更加容易，具有生产简便、成本降低的优点，适用于工业推广。附图说明图1为实施例1中的Ti(C，N)基金属陶瓷的制备方法工艺流程示意图；图2为实施例1制备得到的Ti(C，N)基金属陶瓷的显微结构SEM图。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的较佳实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。实施例1一种Ti(C，N)基金属陶瓷，由以下质量百分比的原料制成：表1.原料配方表上述配方中，C元素与N元素的质量比C/N比为6：4。以上Ti(C，N)基金属陶瓷通过以下粉末冶金烧结的方法制备得到，其主要工艺流程如图1所示。(1)混料。采用湿式混料，以无水乙醇作为分散介质，用YG8的硬质合金球作为球磨介质，球料比(球磨介质:原料的质量比)为8:1。按上述的粉体为原料配比，用分析天平称量各成分原料，按要求配制成所需要比例的料浆。随后，将混料后的料浆放在60℃的自动恒温干燥箱中干燥，100目过筛得到实验粉末，即为混合料。(2)压坯。先称量预定量的混合料，放于模具里，用手动FLS液压机用70MPa压力干压成型，每组压一定量的试样，然后用冷等静压机，在200MPa压力下，保压15分钟，得到成型生坯。(3)脱胶。将压好的生坯放在北京西尼特公司的真空管式炉内，在真空氛围下加热到600℃，脱胶一小时。(4)烧结。真空烧结：将脱胶后的生坯置于高温高真空烧结炉中，在真空度≤10-3Pa，烧结温度1400-1600℃，制得Ti(C，N)基金属陶瓷A。实施例2一种Ti(C，N)基金属陶瓷，由以下质量百分比的原料制成：表2.原料配方表上述配方中，C元素与N元素的质量比C/N比为7:3。参照实施例1中的方法制备得到Ti(C，N)基金属陶瓷B。实验例取上述实施例和对比例制备得到的Ti(C，N)基金属陶瓷产品，进行性能测试。1、测试方法。抗弯强度：采用三点弯曲法在济南时代试金试验机WDW-5E万能材料试验机上测试样品的抗弯强度。将烧结样本制成3mm×4mm×30mm的尺寸，跨距为20mm，加载速率为0.5mm/min，每组测试10个试样，取平均值为最终的测量结果。维氏硬度：采用上海泰明光学仪器公司的HVS-30ZJC/LCD维氏硬度测试仪，加载载荷为100N,15s载荷时间。每个数据点测试8个试样，每个试样测10个点，取其平均值。显微组织观察：采用荷兰的Nova-NanoSEM430A型扫描电子显微镜在背散射模式对Ti(C,N)陶瓷试样显微组织结构形貌进行观察。断裂韧性：本实验中采用压痕法。借助于上面的维氏硬度测试仪，用其压头在样品的抛光面加一定的载荷后，在40倍显微镜下观察压痕的大小和压痕裂纹的长度，然后计算断裂韧性值，本实验采用的公式如下式所示：式中，2a,2c分别是压痕对角线长度和裂纹总长度(mm)，Hv为维氏硬度值(kg/mm2)。相对密度测试：用阿基米德法测试样品密度，然后除以理论密度。晶粒尺寸大小的测试是采用NanoMeasurer软件统计晶粒尺寸大小，每个样品的晶粒统计数量为350个，取平均值。2、测试结果。表4.性能测试结果从上述结果可以看出，实施例1制备得到的Ti(C，N)基金属陶瓷产品具有最佳的性能，而实施例2的Ti(C，N)基金属陶瓷产品性能有所下降。将实施例1制备得到的Ti(C，N)基金属陶瓷在显微镜下观察，其SEM图如图2所示，从图中可以看出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Ti(C，N)基金属陶瓷，其特征在于，由以下质量百分比的原料制成：

【技术特征摘要】
1.一种Ti(C，N)基金属陶瓷，其特征在于，由以下质量百分比的原料制成：2.根据权利要求1所述的Ti(C，N)基金属陶瓷，其特征在于，所述原料中，C元素与N元素的质量比为6-7:3-4。3.根据权利要求1所述的Ti(C，N)基金属陶瓷，其特征在于，所述原料的平均粒径如下：4.根据权利要求1所述的Ti(C，N)基金属陶瓷，其特征在于，所述原料的纯度均不小于99.9％。5.权利要求1-4任一项所述的Ti(C，N)基金属陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：混料：称取各原料，混合均匀制得混合料；压坯：将所述混合料置于模具中，压坯成型，得生坯；脱胶：将所述生坯加热脱胶；烧结：将脱胶后的生坯进行真空烧结，即得。6.根据权利要求5所述的Ti(C，N)基金属陶瓷的制备方法，其特征在于，所述混料步骤中，采用湿...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖水清，邓欣，伍尚华，王松波，叶彩虹，高原，
申请(专利权)人：肖水清，
类型：发明
国别省市：广东,44