专利名称：一种具有纤维颗粒的碳化钨铝硬质合金烧结体的制作方法
技术领域：
本发明属于一种碳化钨铝硬质合金烧结体，具体涉及以 钨铝合金粉末和炭黑为原料，不借助于粘结相，通过高压烧 结技术原位生成具有纤维状碳化钨铝颗粒的硬质合金烧结 体。
背景技术：
碳化鸽铝硬质合金是近几年研究发展的新兴技术材料，碳 化鸽铝是指部分Al原子进入WC晶格中鸨的格位而形成的替位 式固溶体合金。它在具有碳化钨的高硬度，高耐磨性的基础上 又兼备了铝的轻质、抗氧化性及优良的延展性性，使合金具有高的硬度(显微硬度大于25 GPa)、很高的弯曲强度(1500MPa 以上)和较低的密度(富铝合金的密度可达3.0g/cm3)，正在发 展成为新型高硬度、高强度、良好加工性、抗氧化温度高的新 型硬质合金，该材料有望在机械加工工具、玻璃切割、锻模、 拉模、轧辊、油井钻具、矿山钻具、开凿钻具及电触点材料等 方面得到应用。碳化钨铝与碳化钨同属六方晶系，且他们的晶格大小基本 一样，因此，碳化钨铝和碳化钨一样，六角结构和断面呈三 角结构是它的平衡态结构，而具有纤维结构，无尖锐棱角的
硬质合金颗粒很难获得。(参考文献Herber, R.P.; Schubert, W.D.; Lux B. Int丄Refract Met Hard Mater. 2006, 2(360.)
发明内容
本发明提供的一种具有纤维颗粒的碳化钨铝硬质合金 烧结体，是具有良好结晶形态和纤维状显微结构的合金块状 材料。本发明利用高压技术和原位生成的方法首次制备出具
有纤维状颗粒的块状碳化钨铝硬质合金。
本发明提供的一种具有纤维颗粒的碳化钨铝硬质合金 烧结体，其组成可用下式表达 (WkAlx) C 式中x=0.1-0.86。
制备本发明的碳化钨铝硬质合金烧结体方法的步骤和
条件如下选择钨铝合金粉末和炭黑为原料，按表达式的化
学计量比1:1把鸨铝合金粉末和炭黑混合，400MPa冷压成 型后，装入叶腊石模具中，以六方氮化硼为传压介质。在 4.(K6.5GPa的高压条件下烧结，烧结温度为1500°C-1600°C， 烧结时间为5-20分钟，得到具有纤维颗粒的碳化钨铝硬质合 金烧结体；所述的钨铝合金粉末表达式为W^Alx，其中， x=0.1-0.86。
该烧结体的相对密度为98-99.5%。接近于全致密。 有益效果本发明得到的以钴为粘结相的碳化钨铝硬质 合金烧结体，经X射线粉末衍射分析证实碳化钨铝结构稳定 且结晶度明显提高，碳化钨铝烧结体的(001)面的衍射峰 强度明显的高与碳化钨的标准卡片，这说明在高压条件下， 碳化钨铝发生了定向生长。密度测量和扫描电镜分析证实致
密度很高。附图1是无烧结剂的碳化钨铝硬质合金烧结体的
x射线衍射图谱。x射线衍射证实在高压烧结的过程中，碳
化钨铝十分稳定，没有分解，结晶很好，并且发生了定向生
长。附图2是高压烧结后的碳化钨铝硬质合金的断口扫描电 镜图片，从扫描电镜图片中可以清楚地看到，通过高压原位 生成的方法，成功的制备出具有纤维结构的碳化钨铝硬质合 金体。本发明采用钨铝合金粉末(参考文献中国专利号
ZL01129545.7)和炭黑为原料，采用六面顶髙压装置，利用 原位生成的方法制备具有纤维结构的碳化钨铝硬质合金。通
过烧结过程中施加温度的同时施加超高压力，促使颗粒之间
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不仅可抑制烧结过程中颗粒的氧化行为，超高的压力还可以 保证沐短时间由^成'瞎结付^中敬掩化 该方沐且有丁，簡
单、操作方便、烧结时间短等特点。
附图l是碳化钨铝硬质合金烧结体的X射线衍射图谱。 附图2是碳化钨铝硬质合金烧结体的断面扫描电镜图。
具体实施例方式
实施例l:将4克(W0.9Al(u)和0.286克炭黑混合，400 MPa冷压成型后放入叶腊石模具中，以六方氮化硼为传压介 质，石墨管为发热体，在5.0GPa的高压条件下烧结，烧结 温度为160(TC，烧结时间为10分钟，得到一种具有纤维颗
粒的碳化钨铝硬质合金烧结体。样品经过抛光处理，相对密
度为98.5%。显微硬度27,3GPa，断裂韧性11. 1 MPam1/2。 实施例2:将4克(Wo,美2)和0.315克炭黑混合，400 MPa冷压成型后放入叶腊石模具中，以六方氮化硼为传压介 质，石墨管为发热体，在5.0GPa的高压条件下烧结，烧结 温度为160(TC，烧结时间为10分钟，得到一种具有纤维颗 粒的碳化钨铝硬质合金烧结体。得到样品经过抛光处理，相 对密度为98 .7%。显微硬度27.5 GPa，断裂韧性11. 32 MPa m1/2。
实施例3:将3.5克(Wo.7Al(u)和0.308克炭黑混合，400 MPa fT戊力乂翌后欣八叮腊々恢兵^， WA力炎、化卿刀传庄，r 质，石墨管为发热体，在5.0GPa的高压条件下烧结，烧结
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粒的碳化钨铝硬质合金烧结体。样品经过抛光处理，相对密 度为98 .5%。显微硬度26.8GPa，断裂韧性11. 74 MPa m1/2。
实施例4:将3.5克(Wo.6Alo.4)和0.347克炭黑混合，400 MPa冷压成型后放入叶腊石模具中，以六方氮化硼为传压介 质，石墨管为发热体，在5.0GPa的高压条件下烧结，烧结 温度为160(TC，烧结时间为10分钟，得到一种具有纤维颗 粒的碳化钨铝硬质合金烧结体。样品经过抛光处理，相对密 度为98 .6%。显微硬度26.6 GPa,断裂韧性12. 31 MPa m1/2。
实施例5:将3.5克(Wo.sAIq.5)和0.400克炭黑混合，400MPa冷压成型后放入叶腊石模具中，以六方氮化硼为传压介 质，石墨管为发热体，在5.0GPa的高压条件下烧结，烧结 温度为1600。C，烧结时间为10分钟，得到一种具有纤维颗 粒的碳化钨铝硬质合金烧结体。样品经过抛光处理，相对密 度为98 .9%。显微硬度27.2 GPa，断裂韧性12. 95 MPa m1/2。实施例6:将3.5克(W(uA1q.6)和0.469克炭黑混合，400 MPa冷压成型后放入叶腊石模具中，以六方氮化硼为传压介 质，石墨管为发热体，在5.0GPa的高压条件下烧结，烧结 温度为160(TC，烧结时间为10分钟，得到一种具有纤维颗 粒的碳化钨铝硬质合金烧结体。样品经过抛光处理，相对密 度为98 .8%。显微硬度26.3 GPa，断裂韧性12. 65 MPa m1/2。实施例7:将3克(Wo,美7)和0.487克炭黑混合，400 MPa冷压成型后放入叶腊石模具中，以六方氮化硼为传压介 质，石墨管为发热体，在5.0GPa的高压条件下烧结，烧结 温度为160(TC，烧结时间为10分钟，得到一种具有纤维颗 粒的碳化钨铝硬质合金烧结体。样品经过抛光处理，相对密 度为98 .7%。显微硬度25.9 GPa，断裂韧性11. 71 MPa m1/2。实施例8:将3克(WQ.2A1Q.8)和0.617克炭黑混合，400 MPa冷压成型后放入叶腊石模具中，以六方氮化硼为传压介 质，石墨管为发热体，在5.0GPa的高压条件下烧结，烧结 温度为160(TC，烧结时间为10分钟，得到一种具有纤维颗 粒的碳化钩铝硬质合金烧结体。样品经过抛光处理，相对密度为98 .9%。显微硬度25.7 GPa，断裂韧性11. 36 MPa m1/2。 实施例9:将3克(W0.14A10.86)和0.736克炭黑混合，400 MPa冷压成型后放入叶腊石模具中，以六方氮化硼为传压介 质，石墨管为发热体，在5.0GPa的高压条件下烧结，烧结 温度为1600。C，烧结时间为10分钟，得到一种具有纤维颗 粒的碳化钩铝硬质合金烧结体。样品经过抛光处理，相对密 度为98 .5%。显微硬度25.3 GPa，断裂韧性11. 17 MPa m1/2。实施例10:将3.5克(Wfl.5AlQ.5)和0.400克炭黑混合， 400MPa冷压成型后放入叶腊石模具中，以六方氮化硼为传 压介质，石墨管为发热体，在4.0GPa的高压条件下烧结， 烧结温度为1600flC，烧结时间为10分钟，得到一种具有纤 维颗粒的碳化钨铝硬质合金烧结体。样品经过抛光处理，相 对密度为98.2%。显微硬度26.9 GPa,断裂韧性11. 91 MPa m o实施例11:将3.5克(Wo.sAlo.5)和0.400克炭黑混合， 400MPa冷压成型后放入叶腊石模具中，以六方氮化硼为传 压介质，石墨管为发热体，在5.5GPa的高压条件下烧结， 烧结温度为160(TC，烧结时间为10分钟，得到一种具有纤 维颗粒的碳化钨铝硬质合金烧结体。样品经过抛光处理，相 对密度为99 .5%。显微硬度27.6 GPa，断裂韧性12. 97 MPa实施例12:将3.5克(Wfl.5AlQ.5)和0.400克炭黑混合，400MPa冷压成型后放入叶腊石模具中，以六方氮化硼为传 压介质，石墨管为发热体，在5.0GPa的高压条件下烧结， 烧结温度为1600"C，烧结时间为10分钟，得到一种具有纤 维颗粒的碳化钨铝硬质合金烧结体。样品经过抛光处理，相 对密度为98 .5%。显微硬度27.7 GPa，断裂韧性12. 67 MPa实施例13:将3克(W(U4A1q.86)和0.736克炭黑混合， 400MPa冷压成型后放入叶腊石模具中，以六方氮化硼为传 压介质，石墨管为发热体，在5.5GPa的高压条件下烧结， 烧结温度为160(TC，烧结时间为10分钟，得到一种具有纤 维颗粒的碳化钨铝硬质合金烧结体。样品经过抛光处理，相 对密度为99.1%。显微硬度25.8GPa，断裂韧性11.29 MPa m1/2o实施例14:将4克(Wo"Al(u)和0.286克炭黑混合，400 MPa冷压成型后放入叶腊石模具中，以六方氮化硼为传压介 质，石墨管为发热体，在5.5GPa的高压条件下烧结，烧结 温度为160(TC，烧结时间为10分钟，得到一种具有纤维颗 粒的碳化钨铝硬质合金烧结体。样品经过抛光处理，相对密 度为99.3%。显微硬度27.7 GPa，断裂韧性11. 67 MPa m1/2。实施例15:将3.5克(WQ.5Ala5)和0.400克炭黑混合， 400MPa冷压成型后放入叶腊石模具中，以六方氮化硼为传 压介质，石墨管为发热体，在5.0GPa的高压条件下烧结，
烧结温度为1600 °C，烧结时间为5分钟，得到一种具有纤 维颗粒的碳化钨铝硬质合金烧结体。样品经过抛光处理，相 对密度为98.1%。显微硬度25.3 GPa，断裂韧性11.21 MPa m1/2。
权利要求
1.一种具有纤维颗粒的碳化钨铝硬质合金烧结体，其特征在于，其组成可用下式表达(W1-xAlx)C式中x＝0.1-0.86。
全文摘要
一种具有纤维颗粒的碳化钨铝硬质合金烧结体，其表达式为(W<sub>1-x</sub>Al<sub>x</sub>)C，式中x＝0.1～0.86。制备方法是以钨铝合金粉末和炭黑为原料，混合后放入叶腊石模具中，在高压机中烧结，制备高致密硬质合金烧结体样品。并通过改变烧结温度、压力、时间等条件的控制，合成具有良好结晶形态和纤维状显微结构的硬质合金块状材料。
文档编号C22C29/06GK101158004SQ20071005628
公开日2008年4月9日 申请日期2007年11月6日 优先权日2007年11月6日
发明者乔竹辉, 汤华国, 伟 赵, 马贤锋 申请人:中国科学院长春应用化学研究所