固体溶液粉末、陶瓷、金属陶瓷粉末、金属陶瓷及制备法制造技术

公开了一种固体溶液粉末、制备该固体溶液粉末的方法、使用该固体溶液粉末的陶瓷、制备该陶瓷的方法、包含该固体溶液粉末的金属陶瓷粉末、制备该金属陶瓷粉末的方法、使用该金属陶瓷粉末的金属陶瓷和制备该金属陶瓷的方法。根据本发明专利技术，传统金属陶瓷（尤其是ＴｉＣ或Ｔｉ（ＣＮ）基金属陶瓷）由于高硬度导致的低刚度问题得到解决，这是因为可得到作为微结构的无核／环结构的完全固体溶液相，并且其中还提高了硬度以及刚度，从而充分而显著地提高了使用该陶瓷或金属陶瓷替代ＷＣ－Ｃｏ硬材料来制造高硬度和高刚度的切割工具的材料的通用机械性能，其中甚至可以在１３００℃或更低的低温和较短时间的还原和碳化条件下得到无核／环结构的完全固体溶液相，从而提高了整体方法的效率。

Solid solution powder, ceramic, cermet powder, cermet, and process for making

The invention discloses a solid solution powder, preparation of the solid solution powder method, using the solid solution powder ceramic and method for preparing the ceramic, including the solid solution powder metal ceramic powder, preparation of the metal ceramic powder method, using the cermet powder and the ceramic preparation metal ceramic method. According to the invention, the traditional ceramic metal (especially TiC or Ti (CN) - based cermets) due to high hardness due to the low stiffness problem, this is because the available as the micro structure of the non nuclear / ring structure completely solid solution phase, and also improve the hardness and stiffness, thus fully and significantly improve the general mechanical properties using the ceramic or metal ceramic manufacture of high hardness and high rigidity of the cutting tool to replace WC Co hard material, which can even at 1300 DEG C or lower temperature and shorter time reduction and carbonization conditions are completely free of nuclear ring / solid solution the phase structure, so as to improve the overall efficiency of the method.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及固体溶液粉末、制备该固体溶液粉末的方法、使用该固体溶液粉末的陶瓷、制备该陶瓷的方法、包含该固体溶液粉末的金属陶瓷粉末、制备该金属陶瓷粉末的方法、使用该金属陶瓷粉末的金属陶瓷和制备该金属陶瓷的方法，该金属陶瓷适合用于机械工业如机器制造、自动化工业等的高速切割工具和模具，以便改善通用机械性能，尤其是材料的刚度和硬度。
技术介绍
本文中，“纳米尺寸”指所公知的100nm或更小的尺寸。本文中，同时使用大写字母W、M1、M2…和小写字母w、m1、m2…。目的在于使用小写字母w、m1、m2…来表示比大写字母W、M1、M2…更小量的金属。对于用于机器工业所需的金属切割的主要切割工具或耐磨切割工具，使用WC基硬合金、各种TiC或Ti(CN)基金属陶瓷合金和其它陶瓷或高速钢等。金属陶瓷指陶瓷金属复合材料的烧结物。通常，金属陶瓷包括TiC与Ti(CN)的硬相和金属如Ni、Co、Fe等的粘结相以及添加剂如周期表的IV、V、VI族金属的碳化物、氮化物、碳氮化物等。亦即，通常金属陶瓷是通过将TiC或Ti(CN)与WC、NbC、TaC、Mo2C等硬陶瓷粉末和作为用于粘合陶瓷粉末的基质相的Co、Ni等金属粉末混合，并且将该混合物在真空或氢气氛下烧结而制备。碳化钛和碳氮化钛是广泛应用的优异硬金属。由于碳化钛具有高硬度(韦氏＝3200kg/mm2)、高熔点(3260℃)、高化学和热稳定性、高耐磨性和对其它碳化物的高溶解能力，其已替代WC-Co合金用于高速切割工具。然而，在TiC-Ni金属陶瓷体系中，TiC颗粒的粗化作用导致差的机械性能。此外，在使用TiC制备金属陶瓷的情况中，烧结时，将粘结相金属Ni用作液体金属，以致其湿润角相比于WC-Co组合变大，并且发生TiC的快速颗粒生长，这导致金属陶瓷刚度下降的问题。然而，在1956年，福特发动机公司大规模制造了TiC-Mo2C-Ni金属陶瓷。虽然该金属陶瓷的刚度未有明显改善，但该金属陶瓷已作为用于精密机械加工用高硬度工具的材料而被用于半精加工和精加工。在1960和1970年代，为了提高曾经是TiC-Ni金属陶瓷体系的主要弱点的刚度，尝试向其中加入各种元素，然而，均未得到明确的结果。在此过程中，于1970年代，将TiN加入TiC中以形成更稳定热力学相的Ti(C，N)，这可以在一定程度上提高刚度。亦即，由于与TiC相比Ti(C，N)具有微细结构，因此其刚度以及化学稳定性与机械抗振性得以提高。同时，为了提高刚度，使用了各种碳化物添加剂如WC、Mo2C、TaC、NbC等，甚至目前Ti(C，N)-M1C-M2C-…-Ni/Co形式的产品正在商品化之中。当采用碳化物添加剂来提高刚度时，观察到TiC基或Ti(C，N)基金属陶瓷烧结物的微结构为硬相周围被Ni、Co等粘结相环绕的核/环结构。该结构的核是在烧结期间在液化金属粘结剂(Ni、Co等)中不溶的TiC或Ti(C，N)，核具有高硬度结构。相反，围绕核的环结构是TiC或Ti(C，N)和碳化物的固体溶液，所述的TiC或Ti(C，N)是核组分，所述的碳化物是添加剂。该环结构具有高刚度而非高硬度。因此，为了解决简单金属陶瓷如TiC或Ti(C，N)-Ni所具有的刚度方面的致命弱点，已在金属陶瓷中提供了环结构。然而，具有该环结构的金属陶瓷依然存在该金属陶瓷的刚度低于WC-Co硬合金的问题，因而金属陶瓷还不能完全取代WC-Co。此外，在核和环相之间的界面处发展的应变对其性能产生负作用，所述应变有利于在加工过程中裂纹穿过界面传播。因而，日本工具公司如Sumitomo、Kyocera等和EU与NATO的研究人员已持续进行了大量努力，以生产没有核/环结构的均质单相固体溶液。然而，以该均匀性为目标的大量工业尝试均未能提供该固体溶液。具体而言，根据现有技术，不可能在1300℃或更低的低温和较短时间的还原和碳化条件下得到没有核/环结构的均匀固体溶液相，这是因为在烧结过程中形成固体溶液相，并且所形成的固体溶液相的量取决于烧结过程的温度和时间，这需要1400℃或更高的高温和较长的时间。
技术实现思路
因此，本专利技术试图解决发生在现有技术中的上述问题。本专利技术的目的在于提供一种固体溶液粉末、制备该固体溶液粉末的方法、使用该固体溶液粉末的陶瓷、制备该陶瓷的方法、包含该固体溶液粉末的金属陶瓷粉末、制备该金属陶瓷粉末的方法、使用该金属陶瓷粉末的金属陶瓷和制备该金属陶瓷的方法，其中由传统金属陶瓷(尤其是TiC或Ti(C，N)基金属陶瓷)的高硬度所导致的低刚度问题已得到解决，这是因为可以得到没有核/环结构的完全固体溶液相的微结构，并且其中还提高了硬度和刚度，从而充分而显著地提高了使用该陶瓷或金属陶瓷替代WC-Co硬金属来制造具有高硬度和高刚度的切割工具的材料的通用机械性能，其中甚至可以在1300℃或更低的低温和较短时间的还原和碳化条件下得到没有核/环结构的完全固体溶液相，从而提高整体方法的效率。为了达成该目的，根据本专利技术，提供一种固体溶液粉末，其包含选自Ti、周期表IV、V和VI族金属的至少两种金属元素的碳化物、碳氮化物或其混合物，该固体溶液粉末具有完全固体溶液相的微结构。在根据本专利技术的固体溶液粉末中，该固体溶液粉末具有100nm或更小的纳米尺寸晶体。在根据本专利技术的固体溶液粉末中，除Ti之外其它元素的含量为5-90重量％。在根据本专利技术的固体溶液粉末中，W的含量为10-90重量％。在根据本专利技术的固体溶液粉末中，W的含量为10-80重量％，如果添加的话，Mo、Nb和/或Ta的含量低于25重量％。在根据本专利技术的固体溶液粉末中，W的含量为10-80重量％，如果添加的话，Mo、Nb和/或Ta的含量低于10重量％。在根据本专利技术的固体溶液粉末中，W的含量为30-90重量％，如果添加的话，Mo、Nb和/或Ta的量低于10重量％。此外，根据本专利技术，提供作为该固体溶液粉末烧结物的陶瓷。在根据本专利技术的陶瓷中，该陶瓷包含陶瓷表面上的TiC-Me、Ti(CN)-Me、(Ti，M1，M2..)C-Me或(Ti，M1，M2..)(CN)-Me(Me是粘结相，其为选自Ni、Co、Fe的一种或多种)的一种或多种增强涂层，该增强涂层是在烧结固体溶液粉末之后由CVD或PVD方法形成。此外，根据本专利技术，提供作为一种金属陶瓷粉末，其是包括(i)选自周期表IV、V和VI族金属的至少一种金属元素的碳化物、碳氮化物或其混合物，和(ii)选自Ni、Co和Fe的至少一种金属元素的烧结块，该烧结块具有完全固体溶液相的微结构。在根据本专利技术的金属陶瓷粉末中，该金属陶瓷粉末是包括(i)选自Ti、周期表IV、V和VI族金属的至少两种金属元素的碳化物、碳氮化物或其混合物，和(ii)选自Ni、Co和Fe的至少一种金属元素的一种烧结块，该烧结块具有完全固体溶液相的微结构。在根据本专利技术的金属陶瓷粉末中，所述烧结块具有100nm或更小的纳米尺寸晶体。在根据本专利技术的金属陶瓷粉末中，W的含量为10-85重量％，如果添加的话，Mo、Nb和/或Ta的含量低于10重量％，粘结相Ni、Co和/或Fe的含量低于30重量％。在根据本专利技术的金属陶瓷粉末中，W的含量为10-60重量％，如果添加的话，Mo、Nb和/或Ta的含量低于10重量％，粘结相Ni、Co和/或Fe本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固体溶液粉末，包含选自Ｔｉ、周期表Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ族金属的至少两种金属元素的碳化物、碳氮化物或其混合物，所述固体溶液粉末的微结构为完全固体溶液相。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：姜信候，
申请(专利权)人：财团法人Seoul大学校产学协力财团，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]