一种TiCN基复合陶瓷及其制备方法技术

本申请提供了一种TiCN基复合陶瓷及其制备方法。本发明专利技术提供的TiCN基复合陶瓷由添加剂和TiCN的复合粉体烧结制得；所述添加剂为钇铝石榴石和氧化铝；所述添加剂与TiCN的质量比为(5～100)：100。本发明专利技术提供的TiCN基复合陶瓷不仅具有良好的致密性，同时还具有优异的硬度和韧性等机械性能，能够同时兼顾致密性以及硬度和韧性。

TiCN based composite ceramic and preparation method thereof

The present invention provides a TiCN based composite ceramic and a preparation method thereof. The TiCN based composite ceramic provided by the invention is sintered by the composite powder of an additive and a TiCN; the additive is yttrium aluminum garnet and alumina; the mass ratio of the additive to the TiCN is (5~100):100. The TiCN based composite ceramic provided by the invention not only has good compactness, but also has excellent mechanical properties such as hardness and toughness, and can simultaneously take into account compactness, hardness and toughness.

【技术实现步骤摘要】
一种TiCN基复合陶瓷及其制备方法
本专利技术涉及陶瓷
，特别涉及一种TiCN基复合陶瓷及其制备方法。
技术介绍
碳氮化钛(TiCN或Ti(C,N))金属陶瓷具有低密度、耐高温、硬度高、韧性好、耐磨性及耐腐蚀性好、抗热震性好、强度高、能承受塑性变形等特点，且还具有良好的导电性和导热性，因具有上述诸多优异性能，其被预期成为WC硬质合金的潜在替代品，尤其是作为切削刀具方面的应用。近年来，陶瓷刀具已在日本、德国和美国等发达国家得到广泛应用，统计表明，TiCN基金属陶瓷切削刀具更是占据日本刀具总份额的30％以上。因此，在日益增强的市场需求下，TiCN基金属陶瓷的生产制备便具有十分重要的意义。TiCN熔点高达3200℃，需要很高的烧结温度；而TiCN在1650℃以上时又容易发生分解脱氮现象，因此，TiCN难以烧结获得致密烧结体。针对于此，一般的解决方式是，通过添加镍、钼、钴和碳化钨等金属作为烧结助剂，来使TiCN在高温烧结下获得致密烧结体。但是，大量金属的引入会导致陶瓷体的硬度和韧性等机械明显下降，无法使TiCN同时兼具良好的烧结致密性和硬度、韧性等机械性能。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种TiCN基复合陶瓷及其制备方法，本专利技术提供的TiCN基复合陶瓷不仅具有良好的致密性，同时还具有优异的硬度和韧性等机械性能。本专利技术提供了一种TiCN基复合陶瓷，所述复合陶瓷由添加剂和TiCN的复合粉体烧结制得；所述添加剂为钇铝石榴石和氧化铝；所述添加剂与TiCN的质量比为(5～100)：100。优选的，所述添加剂中，钇铝石榴石和氧化铝的质量比为1：(0.5～3)。优选的，所述复合粉体的粒度为1～5μm。本专利技术还提供了上述技术方案所述的TiCN基复合陶瓷的制备方法，包括以下步骤：a)将添加剂和TiCN的复合粉体在保护性气氛和真空条件下，以第一升温速率升温至第一温度1000～1400℃，得到一次烧结体；b)在加压条件下，将所述一次烧结体以第二升温速率升温至1400～1700℃并保温，得到TiCN基复合陶瓷；所述添加剂为钇铝石榴石和氧化铝；所述添加剂与TiCN的质量比为(5～100)：100。优选的，所述步骤a)中，所述真空条件的真空度为5～15Pa；所述第一升温速率为5～25℃/min。优选的，所述步骤a)具体包括：a1)将添加剂和TiCN的复合粉体在保护性气氛下进行预压，得到预压体；所述预压的压力为2～8MPa；a2)将所述预压体在保护性气氛和真空条件下，以第一升温速率升温至第一温度1000～1400℃，得到一次烧结体。优选的，所述步骤a)中，在所述升温过程中还包括抽真空处理，使升温过程的真空度与升温前的真空度保持一致；升温至中间温度时停止抽真空，并充入保护性气体至常压；所述中间温度为600～1000℃，且所述中间温度≤所述第一温度。优选的，所述步骤a)中，所述保护性气氛为N2气氛。优选的，所述步骤b)具体包括：在0.5～1MPa/min的加压速率条件下，将所述一次烧结体以第二升温速率升温，升温至1400～1700℃时使加压的压力达到22～36MPa，并进行保温保压。优选的，所述步骤b)中，所述第二升温速率为5～15℃/min，所述保温时间为0.5～1.5h。本专利技术提供了一种TiCN基复合陶瓷，由添加剂和TiCN的复合粉体烧结制得；所述添加剂为钇铝石榴石和氧化铝；所述添加剂与TiCN的质量比为(5～100)：100。本专利技术提供的TiCN基复合陶瓷不仅具有良好的致密性，同时还具有优异的硬度和韧性等机械性能，能够同时兼顾致密性以及硬度和韧性。本专利技术还提供了一种TiCN基复合陶瓷的制备方法，包括以下步骤：a)将添加剂和TiCN的复合粉体在保护性气氛和真空条件下，以第一升温速率升温至1000～1400℃，得到一次烧结体；b)在加压条件下，将所述一次烧结体以第二升温速率升温至1400～1700℃并保温，得到TiCN基复合陶瓷；所述添加剂为钇铝石榴石和氧化铝；所述添加剂与TiCN的质量比为(5～100)：100。按照本专利技术的制备方法制得的产品能够兼具优异的致密性和硬度、韧性机械性能；而且，本专利技术的制备方法在低温下即可完成TiCN的烧结，大大降低了TiCN的烧结温度，显著改善了TiCN的烧结性能，这在实际生产应用中，大大降低了TiCN的生产能耗以及生产难度，更有利于实际大规模生产应用。具体实施方式本专利技术提供了一种TiCN基复合陶瓷，所述复合陶瓷由添加剂和TiCN的复合粉体烧结制得；所述添加剂为钇铝石榴石和氧化铝；所述添加剂与TiCN的质量比为(5～100)：100。本专利技术提供的TiCN基复合陶瓷，由钇铝石榴石与氧化铝组成的添加剂和TiCN的复合粉体烧结制得，并控制添加剂与TiCN的质量比为(5～100)：100。所得TiCN基复合陶瓷不仅具有良好的致密性，还具有优异的硬度和韧性等机械性能，能够同时兼顾致密性以及硬度和韧性。本专利技术中，TiCN基复合陶瓷是由复合粉体烧结制得，所述复合粉体包括TiCN。所述TiCN的来源没有特殊限制，为一般市售品即可。本专利技术中，形成TiCN基复合陶瓷的复合粉体还包括添加剂。所述添加剂由钇铝石榴石和氧化铝组成；所述添加剂来源没有特殊限制，为一般市售品即可。本专利技术中，所述添加剂中，钇铝石榴石与氧化铝的质量比优选为1：(0.5～3)，更优选为1：(1～1.5)，最优选为1:1.34。本专利技术中，所述复合粉体中，添加剂与TiCN的质量比为(5～100)：100，优选为(7～45)：100，如在一些实施例中，可以为11:100，25:100，43:100等。本专利技术中，所述复合粉体的粒度优选为1～5μm，更优选为1～3μm，进一步优选为2μm。实验结果表明，本专利技术提供的TiCN基复合陶瓷的致密度≥99.55％，维氏硬度≥19.41GPa，韧性≥6.31MPa·m1/2，能够同时兼顾致密性以及硬度和韧性。本专利技术还提供了上述技术方案所述TiCN基复合陶瓷的制备方法，包括以下步骤：a)将添加剂和TiCN的复合粉体在保护性气氛和真空条件下，以第一升温速率升温至1000～1400℃，得到一次烧结体；b)在加压条件下，将所述一次烧结体以第二升温速率升温至1400～1700℃并保温，得到TiCN基复合陶瓷；所述添加剂为钇铝石榴石和氧化铝；所述添加剂与TiCN的质量比为(5～100)：100。按照本专利技术，先将添加剂和TiCN的复合粉体在保护性气氛和真空条件下，以第一升温速率升温至1000～1400℃，得到一次烧结体。本专利技术中，先提供添加剂和TiCN的复合粉体。所述添加剂和TiCN的种类、用量、来源与上述技术方案一致，在此不再赘述。本专利技术中，所述复合粉体可通过以下方式获得：将钇铝石榴石原料、氧化铝原料和TiCN原料混合研磨，得到复合粉体。本专利技术中，所述混合研磨的方式优选为球磨。本专利技术中，所述球磨中，优选采用氧化锆磨球，更优选采用大号氧化锆磨球和小号氧化锆磨球搭配进行球磨。本专利技术中，所述大号氧化锆磨球的直径优选为10mm，所述小号氧化锆磨球的直径优选为5mm。本专利技术中，所述大号氧化锆磨球与小号氧化锆磨球的质量比优选为(1～3)：1，更优选为(1.5～2.5)：1，最优选为2:1。本专利技术中，所述球磨过程中采用的球磨试剂优本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种TiCN基复合陶瓷，其特征在于，所述复合陶瓷由添加剂和TiCN的复合粉体烧结制得；所述添加剂为钇铝石榴石和氧化铝；所述添加剂与TiCN的质量比为(5～100)：100。

【技术特征摘要】
1.一种TiCN基复合陶瓷，其特征在于，所述复合陶瓷由添加剂和TiCN的复合粉体烧结制得；所述添加剂为钇铝石榴石和氧化铝；所述添加剂与TiCN的质量比为(5～100)：100。2.根据权利要求1所述的复合陶瓷，其特征在于，所述添加剂中，钇铝石榴石和氧化铝的质量比为1：(0.5～3)。3.根据权利要求1所述的复合陶瓷，其特征在于，所述复合粉体的粒度为1～5μm。4.一种权利要求1～3中任一项所述的TiCN基复合陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a)将添加剂和TiCN的复合粉体在保护性气氛和真空条件下，以第一升温速率升温至第一温度1000～1400℃，得到一次烧结体；b)在加压条件下，将所述一次烧结体以第二升温速率升温至1400～1700℃并保温，得到TiCN基复合陶瓷；所述添加剂为钇铝石榴石和氧化铝；所述添加剂与TiCN的质量比为(5～100)：100。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤a)中，所述真空条件的真空度为5～15Pa；所述第一升温速率为5～25℃/min。6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍尚华，任伟玮，何福坡，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44