一种WC‑TaC‑Csf强韧性材料及其制备方法与流程

本发明涉及高速切削用强韧性陶瓷刀具领域，具体为一种WC-TaC-Csf强韧性材料及其制备方法。

背景技术：

多元复合的方法可以提高WC（碳化钨）基陶瓷材料的烧结性能，降低其烧结温度，使其在较低的温度下可以达到致密化，并且适当的材料组分、晶粒生长抑制剂和烧结工艺可以使晶粒细化，进而提高材料的力学性能。

在诸多类硬质合金中，钨钴类硬质合金(WC-Co)应用最为广泛。但金属Co（钴）非常稀有、且是不可再生的战略性资源，金属N（镍）由于和Co一样对WC有良好的润湿性能，且无毒、廉价，以及WC-Ni硬质合金具有相当好的抗氧化性和耐腐蚀性，且已有研究表明，以Ni代Co作为硬质合金粘结剂是可行的。

但是陶瓷刀具其固有的脆性从某种程度上限制了其应用，如何提高其韧性和强度是目前陶瓷材料领域研究的一个热点和难点。

现有WC基陶瓷材料的制备方法有：原位反应合成法、自蔓延高温合成技术、无压烧结和爆炸烧结等。传统制备工艺复杂，成本高，不利于产业化等不足之处。

技术实现要素：

本发明为了解决现有陶瓷刀具存在脆性强且韧性和强度较低的问题，提供了一种WC-TaC-Csf强韧性材料及其制备方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：一种WC-TaC-Csf强韧性材料，是由如下质量份数的原料组成的：WC 82-92.5份，TaC 1-4份，C_sf 0.5-2份，Ni 6-12份。

WC-TaC-C_sf强韧性材料中各组分及含量的选取，是通过大量反复的试验得出的，具有纯度高、短切碳纤维C_sf分布均匀的优点，WC晶粒的尺寸介于2μm-5μm，WC-TaC-C_sf材料的断裂韧性介于15MPa·m½~20MPa·m½，克服了现有陶瓷刀具存在脆性强且韧性和强度较低的问题。

一种WC-TaC-Csf强韧性材料的制备方法，采用如下步骤：a、将WC、TaC、C_sf、Ni混合粉末装入卧式罐磨球磨机中，用硬质合金球磨后过筛；b、将过筛后的配料装入上下封闭的石墨容器，再放入高温烧结炉内；c、在升温速率10℃/min、压力30MPa、烧结温度1450℃-1600℃的条件下保温30min-75min后制得WC-TaC-Csf强韧性材料。

采用真空热压烧结法，具有工艺简化，成本低且利于产业化作业的优点。

本发明具有如下有益效果：保持了陶瓷刀具较好的机械性能和耐高温性能的同时，克服了陶瓷刀具的脆性，有效提高了其韧性和强度，具有工艺简单、成本低且有利于产业化的优点，适合于高速切削加工领域。

附图说明

图1为本发明中WC-TaC-C_sf强韧性材料的断口扫描电镜图；

图2为本发明中WC-TaC-C_sf强韧性材料的抛光面裂纹扫描电镜图。

具体实施方式

实施例1

一种WC-TaC-Csf强韧性材料，是由如下质量份数的原料组成的：WC 92.5份，TaC 1份，C_sf 0.5份，Ni 6份。

一种WC-TaC-Csf强韧性材料的制备方法，采用如下步骤：a、将WC、TaC、C_sf、Ni混合粉末装入卧式罐磨球磨机中，用硬质合金球磨后过筛；b、将过筛后的配料装入上下封闭的石墨容器，再放入高温烧结炉内；c、在升温速率10℃/min、压力30MPa、烧结温度1450℃的条件下保温30min后制得WC-TaC-Csf强韧性材料。

实施例2

一种WC-TaC-Csf强韧性材料，是由如下质量份数的原料组成的：WC 89份，TaC 1.8份，C_sf 1.1份，Ni 8.1份。

一种WC-TaC-Csf强韧性材料的制备方法，采用如下步骤：a、将WC、TaC、C_sf、Ni混合粉末装入卧式罐磨球磨机中，用硬质合金球磨后过筛；b、将过筛后的配料装入上下封闭的石墨容器，再放入高温烧结炉内；c、在升温速率10℃/min、压力30MPa、烧结温度1510℃的条件下保温47min后制得WC-TaC-Csf强韧性材料。

实施例3

一种WC-TaC-Csf强韧性材料，是由如下质量份数的原料组成的：WC 84.9份，TaC 3.7份，C_sf1.6份，Ni 9.8份。

一种WC-TaC-Csf强韧性材料的制备方法，采用如下步骤：a、将WC、TaC、C_sf、Ni混合粉末装入卧式罐磨球磨机中，用硬质合金球磨后过筛；b、将过筛后的配料装入上下封闭的石墨容器，再放入高温烧结炉内；c、在升温速率10℃/min、压力30MPa、烧结温度1600℃的条件下保温75min后制得WC-TaC-Csf强韧性材料。

实施例4

一种WC-TaC-Csf强韧性材料，是由如下质量份数的原料组成的：WC 82份，TaC 4份，C_sf2份，Ni 12份。

一种WC-TaC-Csf强韧性材料的制备方法，采用如下步骤：a、将WC、TaC、C_sf、Ni混合粉末装入卧式罐磨球磨机中，用硬质合金球磨后过筛；b、将过筛后的配料装入上下封闭的石墨容器，再放入高温烧结炉内；c、在升温速率10℃/min、压力30MPa、烧结温度1555℃的条件下保温71min后制得WC-TaC-Csf强韧性材料。

具体实施过程中，用硬质合金球球磨7小时且用100目筛过筛，石墨套筒的内孔直径是60mm，外壁直径是66mm，壁厚是3mm，制成直径为60mm厚度4mm的圆饼试样。