本发明涉及陶瓷复合材料领域，具体涉及一种tib2基陶瓷复合材料及其制备方法。
背景技术：
tib2基陶瓷复合材料由于其具有高熔点、高硬度、高比强度、优异的热导率，摩擦系数低，热膨胀系数小，并且具有较好的耐磨性、化学稳定性和抗氧化性等特点而备受关注，尤其是在1700℃下仍具有较好热稳定性和化学稳定性等特点，使其作为新型陶瓷刀具的应用提供了可能，因此具有成为第四代刀具材料的潜力。
tic，tin和ti(cn)具有高熔点，高硬度和较好的摩擦学性能，以及与tib2优良的物理和化学相容性，使得其常与tib2进行复合，以提高tib2的力学性能，并一定程度的降低tib2的陶瓷的烧结难度。
然而，由于tib2-tic、tib2-tin和tib2-ti(cn)陶瓷复合材料具有的高熔点，高共价键能以及低的自扩散系数，使得烧结温度需要高于2000℃或采用热压烧结或放电等离子烧结的方法才能致密。而采用ni，co等低熔点金属作为粘结相降低烧结温度，会带来两方面问题，一方面由于ni，co等金属与tib2基陶瓷复合材料的润湿性较差，导致烧结过程中陶瓷晶粒异常长大，降低力学性能；另一方面，金属粘接相会降低复合材料的热稳定性和红硬性。
鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。
技术实现要素：
为解决上述技术缺陷，本发明提供一种tib2基陶瓷复合材料及其制备方法。
一种tib2基陶瓷复合材料的制备方法，包括以下步骤：
第一步，将40％～60％的tic粉体，8％～35％的ti粉体，以及余量为tib2粉体，按质量百分比混合后置于球磨机球墨，球料质量比为(20～40):1，球墨时间为5～20h，然后过100～400目筛，得到tib2-tic-ti混合粉体；
第二步，将上述混合粉体在真空或氩气气氛下无压烧结，烧结温度为1500～1700℃，保温时间30～120min，得到tib2-tic1-x陶瓷复合材料。
较佳的，tin粉体替换所述tic粉体，得到tib2-tin1-x陶瓷复合材料。
较佳的，ti(cn)粉体替换所述tic粉体，得到tib2-ti(c1-x,n1-y)陶瓷复合材料。
较佳的，tih2代替所述ti粉体，并在所述第二步进行前，先在600～800℃下保温30min脱氢。
较佳的，所述混合粉体的晶粒尺寸小于100nm。
较佳的，原料制备复合材料可替代其他方案制备的tib2，tic，tin和ti(cn)粉体。
较佳的，ti和tih2添加剂可替代采用其他的ti源，例如可在高温下分解为ti的添加剂。
本发明的有益效果:
本发明工艺简单，ti作为低熔点金属作为粘结相降低烧结温度而且比ni，co的成本低廉，本发明操作工序过程简单，通过本发明方法制备的复合材料致密性高，烧结过程中陶瓷晶粒小，从而得到的复合材料的力学性能好和化学稳定性高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明各实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1是本发明tib2基陶瓷复合材料的的xrd图谱，图中a表示tib2-40tic0.68；b表示tib2-40tic0.84；c表示tib2-40tic0.96。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
本发明实施例中采用的复合原料的粉体粒径均不大于20μm。
实施例1
60g的tib2与39.1g的tic中加入1.3g的ti(39.1g的tic和1.3g的ti生成40g的tic0.96)，混合均匀后机械球磨，球磨时间为20h，球料质量比为40:1，过200目筛后得到tib2-tic-ti混合粉体，粉体的晶粒尺寸不大于100nm。将粉体进行无压烧结，烧结温度升至1600℃，烧结气氛为氩气，保温60min后制备出tib2-40tic0.96陶瓷复合材料。tib2-40tic0.96陶瓷复合材料的致密度为94.4％，抗弯强度为554～579mpa，维氏硬度为18.1～19.5gpa，断裂韧性为8.65～9.23mpa·m1/2。
实施例2
50g的tib2与48.8g的tic中加入1.6g的ti(48.8g的tic和1.6g的ti生成50g的tic0.96)，混合均匀后机械球磨，球磨时间为20h，球料质量比为40:1，过200目筛后得到tib2-tic-ti混合粉体，粉体的晶粒尺寸不大于100nm。将粉体进行无压烧结，烧结温度升至1600℃，烧结气氛为氩气，保温60min后制备出tib2-50tic0.96陶瓷复合材料。tib2-50tic0.96陶瓷复合材料的致密度为95.2％，抗弯强度为547～568mpa，维氏硬度为17.8～18.5gpa，断裂韧性为7.58～8.12mpa·m1/2。
实施例3
40g的tib2与57g的tic中加入2.0g的ti(57g的tic和2.0g的ti生成60g的tic0.96)，混合均匀后机械球磨，球磨时间为20h，球料质量比为40:1，过200目筛后得到tib2-tic-ti混合粉体，粉体的晶粒尺寸不大于100nm。将粉体进行无压烧结，烧结温度升至1600℃，烧结气氛为氩气，保温60min后制备出tib2-60tic0.96陶瓷复合材料。tib2-60tic0.96陶瓷复合材料的致密度为94.8％，抗弯强度为544～553mpa，维氏硬度为17.3～18.0gpa，断裂韧性为8.56～9.54mpa·m1/2。
实施例4
60g的tib2与34.8g的tic中加入5.4g的ti(34.8g的tic和5.4g的ti生成40g的tic0.84)，混合均匀后机械球磨，球磨时间为20h，球料质量比为40:1，过200目筛后得到tib2-tic-ti混合粉体，粉体的晶粒尺寸不大于100nm。将粉体进行无压烧结，烧结温度升至1600℃，烧结气氛为氩气，保温60min后制备出tib2-40tic0.84陶瓷复合材料。tib2-40tic0.84陶瓷复合材料的致密度为95.7％，抗弯强度为576～588mpa，维氏硬度为19.6～20.1gpa，断裂韧性为8.69～9.65mpa·m1/2。
实施例5
60g的tib2与34.8g的tic中加入5.4g的ti(34.8g的tic和5.4g的ti生成40g的tic0.84)，混合均匀后机械球磨，球磨时间为20h，球料质量比为40:1，过200目筛后得到tib2-tic-ti混合粉体，粉体的晶粒尺寸不大于100nm。将粉体进行无压烧结，烧结温度升至1500℃，烧结气氛为氩气，保温60min后制备出tib2-40tic0.84陶瓷复合材料。tib2-40tic0.84陶瓷复合材料的致密度为96.1％，抗弯强度为564～573mpa，维氏硬度为19.2～21.9gpa，断裂韧性为9.38～10.34mpa·m1/2。
实施例6
50g的tib2与43.4g的tic中加入6.6g的ti(43.4g的tic和6.6g的ti生成50g的tic0.84)，混合均匀后机械球磨，球磨时间为20h，球料质量比为40:1，过200目筛后得到tib2-tic-ti混合粉体，粉体的晶粒尺寸不大于100nm。将粉体进行无压烧结，烧结温度升至1600℃，烧结气氛为氩气，保温60min后制备出tib2-50tic0.84陶瓷复合材料。tib2-50tic0.84陶瓷复合材料的致密度为97.3％，抗弯强度为597～621mpa，维氏硬度为20.5～22.5gpa，断裂韧性为9.10～10.91mpa·m1/2。
实施例7
50g的tib2与43.4g的tic中加入6.6g的ti(43.4g的tic和6.6g的ti生成60g的tic0.84)，混合均匀后机械球磨，球磨时间为20h，球料质量比为40:1，过200目筛后得到tib2-tic-ti混合粉体，粉体的晶粒尺寸不大于100nm。将粉体进行无压烧结，烧结温度升至1700℃，烧结气氛为氩气，保温60min后制备出tib2-50tic0.84陶瓷复合材料。tib2-50tic0.84陶瓷复合材料的致密度为98.5％，抗弯强度为566～594mpa，维氏硬度为19.4～20.7gpa，断裂韧性为8.65～9.18mpa·m1/2。
实施例8
40g的tib2与51.7g的tic中加入8.0g的ti(51.7g的tic和8.0g的ti生成50g的tic0.84)，混合均匀后机械球磨，球磨时间为20h，球料质量比为40:1，过200目筛后得到tib2-tic-ti混合粉体，粉体的晶粒尺寸不大于100nm。将粉体进行无压烧结，烧结温度升至1600℃，烧结气氛为氩气，保温60min后制备出tib2-60tic0.84陶瓷复合材料。tib2-60tic0.84陶瓷复合材料的致密度为98.6％，抗弯强度为570～582mpa，维氏硬度为17.0～18.3gpa，断裂韧性为7.78～8.45mpa·m1/2。
实施例9
60g的tib2与29.1g的tic中加入10.9g的ti(29.1g的tic和10.9g的ti生成40g的tic0.68)，混合均匀后机械球磨，球磨时间为20h，球料质量比为40:1，过200目筛后得到tib2-tic-ti混合粉体，粉体的晶粒尺寸不大于100nm。将粉体进行无压烧结，烧结温度升至1600℃，烧结气氛为氩气，保温60min后制备出tib2-40tic0.68陶瓷复合材料。tib2-40tic0.68陶瓷复合材料的致密度为98.4％，抗弯强度为551～576mpa，维氏硬度为17.6～18.4gpa，断裂韧性为9.61～8.98mpa·m1/2。
实施例10
50g的tib2与36.4g的tic中加入13.7g的ti(36.4g的tic和18.7g的ti生成50g的tic0.68)，混合均匀后机械球磨，球磨时间为20h，球料质量比为40:1，过200目筛后得到tib2-tic-ti混合粉体，粉体的晶粒尺寸不大于100nm。将粉体进行无压烧结，烧结温度升至1600℃，烧结气氛为氩气，保温60min后制备出tib2-50tic0.68陶瓷复合材料。tib2-50tic0.68陶瓷复合材料的致密度为98.5％，抗弯强度为569～577mpa，维氏硬度为18.86～19.2gpa，断裂韧性为8.12～9.27mpa·m1/2。
实施例11
40g的tib2与43.7g的tic中加入16.4g的ti(43.7g的tic和16.4g的ti生成60g的tic0.68)，混合均匀后机械球磨，球磨时间为20h，球料质量比为40:1，过200目筛后得到tib2-tic-ti混合粉体，粉体的晶粒尺寸不大于100nm。将粉体进行无压烧结，烧结温度升至1600℃，烧结气氛为氩气，保温60min后制备出tib2-60tic0.68陶瓷复合材料。tib2-60tic0.68陶瓷复合材料的致密度为98.7％，抗弯强度为573～585mpa，维氏硬度为19.0～20.2gpa，断裂韧性为9.13～9.40mpa·m1/2。
本发明中tih2脱氢过程中产生的氢气，在粉体表面形成了局部还原性气氛，而还原性气氛有利于tib2-tic1-x粉体表面氧化膜的消除，促进了扩散传质，降低了烧结温度。在本发明中，之所以能以较低的温度烧结制备致密的、性能优异的材料，一方面得益于非化学计量比的tic1-x的形成，另一方面得益于还原性气氛的产生，而除去其中任一方面，均难以得到本发明中描述的材料。
本发明最终烧结制备的tib2-tic1-x复合材料中，tic1-x的含量均处在tib2-tic1-x相图中共晶成分点附近，而脱离这一范围的材料，很难得到本发明中材料的微观组织和性能。
本发明工艺简单，ti比ni，co的成本低廉，通过上述实施例制备的tib2基陶瓷复合材料，本发明有效的解决了ni，co等低熔点金属与tib2基陶瓷复合材料的润湿性较差，导致烧结过程中陶瓷晶粒异常长大，降低力学性能的问题；还解决了金属粘接相会降低复合材料的热稳定性和红硬性的问题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。