一种金属陶瓷或硬质合金的制备方法及应用技术

本发明专利技术涉及金属陶瓷复合材料

【技术实现步骤摘要】
一种金属陶瓷或硬质合金的制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及金属陶瓷复合材料
、
硬质合金复合材料制造
，特别是涉及一种金属陶瓷或硬质合金的制备方法及应用
。

技术介绍

[0002]碳氮化钛基金属陶瓷和碳化钨基硬质合金均是由陶瓷硬质相和金属粘结相经烧结而成的复合材料，因其高硬度
、
高强度的特点，被广泛地应用于切削工具和耐磨零件中，二者的物相组成
、
微观组织
、
制备工艺
、
力学性能和应用领域具有一定共同点和相似性
。
随着制造业转型升级，一些难加工材料，如高温合金
、
钛合金的加工需求逐渐涌现
。
难加工材料的硬度更高
、
强度更大，对切削刀具的硬度
、
强度
、
韧性
、
红硬性提出了更高要求
。
然而目前的碳氮化钛基金属陶瓷和碳化钨基硬质合金基体材料无法同时满足以上四个要求，原因在于：现有技术中常常选择提高金属陶瓷和硬质合金的金属粘结相含量以提高其强度和韧性，或是采用超细颗粒的第一陶瓷相和
/
或第二陶瓷相原料形成超细晶以达到细晶强化和硬化效果
。
然而直接提高金属含量会导致硬度及耐磨性的大幅降低，劣化了金属陶瓷的力学性能优势；由于超细原料本身难以分散
、
难以混合均匀的特点，导致材料的微观组织难以均匀，细晶强化和硬化效果不能充分实现；并且，超细原料比表面积大的特点，会造成超细原料表面更易吸附氧而形成氧化层，氧化层的存在大幅降低了陶瓷相和金属粘结相的润湿性，导致在烧结过程中形成气孔
、
钴池等缺陷，最终大幅降低金属陶瓷和硬质合金的力学性能，并间接导致了材料烧结前后尺寸波动大
、
力学性能一致性差
。
因此，如何在规避超细原料可能带来的不利因素的同时，巧妙发挥超细晶提高金属陶瓷或硬质合金切削刀具的硬度
、
强度
、
韧性方面的优势，并有效提升材料的稳定性成为本领域技术人员亟待解决的技术难题
。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种金属陶瓷或硬质合金的制备方法及应用，以解决上述现有技术存在的问题
。
本专利技术通过胶状悬浮液包覆法先制备含有一定比例粗细颗粒且颗粒结构为细包粗的第一陶瓷相粉末
(
混合粒径碳氮化钛或混合粒径碳化钨
)
，再将其与其他原料粉末进行湿磨混合，重构传统金属陶瓷复合材料的微观组织，具有弥散强化效果，使材料的力学性能及稳定性大幅提高
。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0005]本专利技术技术方案之一，一种混合粒径第一陶瓷相的制备方法，包括以下步骤：将细粒径第一陶瓷相配制成悬浊液，蒸发，之后加入粗粒径第一陶瓷相，蒸干，全过程持续搅拌，得到所述混合粒径第一陶瓷相；
[0006]所述细粒径第一陶瓷相为细粒径碳氮化钛或细粒径碳化钨；
[0007]所述粗粒径第一陶瓷相为粗粒径碳氮化钛或粗粒径碳化钨；
[0008]所述细粒径第一陶瓷相的平均粒径为
0.2
μ
m
‑
0.8
μ
m
；所述粗粒径第一陶瓷相的平
均粒径为
2.5
μ
m
‑
3.5
μ
m。
[0009]本专利技术技术方案之二，利用上述的制备方法制备得到的混合粒径第一陶瓷相，所述混合粒径第一陶瓷相为混合粒径碳氮化钛或混合粒径碳化钨
。
[0010]本专利技术技术方案之三，上述的混合粒径第一陶瓷相在制备金属陶瓷或者硬质合金中的应用
。
[0011]本专利技术技术方案之四，一种金属陶瓷，包括第一陶瓷相
、
第二陶瓷相以及金属相；
[0012]所述第一陶瓷相为上述的混合粒径碳氮化钛；
[0013]所述第二陶瓷相为第Ⅳ、
Ⅴ
、
Ⅵ
副族元素的碳化物；
[0014]所述金属相为钴和
/
或镍
。
[0015]本专利技术技术方案之五，一种硬质合金，包括第一陶瓷相
、
第二陶瓷相以及金属相；
[0016]所述第一陶瓷相为上述的混合粒径碳化钨；
[0017]所述第二陶瓷相为第Ⅳ、
Ⅴ
、
Ⅵ
副族元素的碳化物；
[0018]所述金属相为钴和
/
或镍
。
[0019]本专利技术技术方案之六，一种上述的金属陶瓷或硬质合金的制备方法，包括以下步骤：
[0020]将第一陶瓷相
、
第二陶瓷相以及金属相混匀后湿磨
、
干燥，压制成坯体，之后进行高温烧结，得到所述金属陶瓷或硬质合金
。
[0021]本专利技术技术方案之七，上述的金属陶瓷或硬质合金在制备纯陶瓷
、
切削工具或耐磨零件中的应用
。
[0022]本专利技术的技术原理：
[0023]在金属陶瓷或者硬质合金的复合材料体系中，第一陶瓷相作为硬质“骨架”对材料的微观形貌起主要作用，进而影响到材料的力学性能
。
现有的超细晶技术组织和混晶技术通过采用超细原料和混晶原料，构建超细晶或混晶微观组织，可以达到细晶强化和硬化的目的
。
但是由于超细原料本身难以分散
、
难以混合均匀的特点，导致材料的微观组织难以均匀，细晶强化和硬化效果不能充分实现；并且，超细原料比表面积大的特点，会造成超细原料表面更易吸附氧而形成氧化层，氧化层的存在大幅降低了陶瓷相和金属粘结相的润湿性，导致在烧结过程中形成气孔
、
钴池等缺陷，最终大幅降低金属陶瓷或硬质合金的抗弯强度和抗冲击性能，并间接导致了材料烧结前后尺寸波动大
、
力学性能一致性差
。
[0024]因此，重构传统金属陶瓷或硬质合金复合材料的微观组织，使其产生均匀的粗细晶粒混合的晶体形貌，产生弥散强化效果并兼顾粗晶粒与细晶粒的力学性能优势，可以在不劣化金属陶瓷加工能力的前提下显著提高力学性能及其稳定性
。
[0025]直接加入细粒径第一陶瓷相，一方面会造成烧结后粗细晶粒分布不均匀，导致金属陶瓷
(
或硬质合金
)
力学性能和加工能力降低，另一方面难以对金属陶瓷
(
或硬质合金
)
的强度稳定性形成有利影响
。
而在本专利技术的技术方案中，为实现上述技术目的，本专利技术通过先制备细粒径第一陶瓷相悬浊液，其中加入分散剂
HPMA(
水解聚马来酸酐
)
使其可以蒸发到目标粘度范围并且本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种混合粒径第一陶瓷相的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将细粒径第一陶瓷相配制成悬浊液，蒸发，之后加入粗粒径第一陶瓷相，蒸干，全过程持续搅拌，得到所述混合粒径第一陶瓷相；所述细粒径第一陶瓷相为细粒径碳氮化钛或细粒径碳化钨；所述粗粒径第一陶瓷相为粗粒径碳氮化钛或粗粒径碳化钨；所述细粒径第一陶瓷相的平均粒径为
0.2
μ
m
‑
0.8
μ
m
；所述粗粒径第一陶瓷相的平均粒径为
2.5
μ
m
‑
3.5
μ
m。2.
根据权利要求1所述的混合粒径第一陶瓷相的制备方法，其特征在于，所述悬浊液的溶剂为水和
/
或乙醇；所述悬浊液中还包括分散剂；所述蒸发具体为蒸发至悬浊液的粘度为
1100
‑
1300Pas
；所述加入粗粒径第一陶瓷相的步骤还包括加入草酸和离子表面活性剂
。3.
根据权利要求2所述的混合粒径第一陶瓷相的制备方法，其特征在于，所述分散剂为水解聚马来酸酐；所述离子表面活性剂为阴离子聚丙烯酰胺
。4.
根据权利要求1‑3任一项所述的制备方法制备得到的混合粒径第一陶瓷相，其特征在于，所述混合粒径第一陶瓷相为混合粒径碳氮化钛或混合粒径碳化钨
。5.
如权利要求4所述的混合粒径第一陶瓷相在制备金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宇涵，王博，南勋，张翰超，王诗阳，
申请(专利权)人：嘉兴鸷锐新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：