专利名称：热压烧结TiB<sub>2</sub>-TiC-WC超硬材料及制备方法
技术领域：
本发明涉及新材料技术领域，尤其是热压烧结TiB2-TiC-WC超硬材料及制备方法。
背景技术：
通过多元复合的方法可以提高TiB2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。TiB2陶瓷具有高熔点(3225°C)、高弹性模量 (529GPa)和高硬度(大约32GPa)、化学稳定性好、耐腐蚀性好，是一种典型的耐高温结构陶 瓷，但其断裂韧度及抗弯强度低，使其应用途径受到了极大的限制。目前，通过加入添加相 采用多元复合的方法来提高材料的性能，虽然大多数提高了抗弯强度及断裂韧度提高，但 材料的硬度降低严重，导致该材料无法得到推广和应用。当前，TiB2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。传统制备工艺存在制备设备与工艺复杂，成本高，不利于产业化等不 足之处。
发明内容
本发明的目的在于克服TiB2基陶瓷材料在多元复合制备的过程中力学性能降低， 及制备工艺复杂、成本高的缺陷，提供质量优良、成本低廉、含不同组分的TiB2-TiC-WC超硬 材料及工艺简单、成本低廉的制备方法。本发明通过对烧结工艺的控制来协调材料之间的力学性能，研究出在保持材料高 硬度的前提下，提高TiB2基陶瓷材料的抗弯强度及断裂韧度的超硬度材料及其制备方法， 制备的材料适用于制作刀具用于切削加工高硬度的材料。本发明的基本构思是将TiB2、TiC、WC、Ni粉末按照一定的质量比例混合，采用真空 热压烧结法，在合适的升温速率、压力、生长温度和保温时间下，合成系列TiB2-TiC-WC超硬 材料。合成TiB2-TiC-WC超硬材料的混合粉末成分(质量比％ )为TiB2_TiC 63% -84% ；WClO-25% ；Ni 6% -12%。制备方法的具体工艺过程为(1)将按比例配制的TiB2、TiC、WC混合粉末装入缸式球磨机中，用硬质合金球磨 24小时和用200目筛过筛；(2)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；⑶在升温速率50°C /min、压力45MPa、温度1500°C _1650°C、保温40min_70min条件 下制备成TiB2-TiC-WC超硬材料。其合成的超硬材料的纯度高，细小的WC晶粒均勻的分布在TiB2-TiC晶粒的周围， WC晶粒的尺寸介于2 μ m-5 μ m, TiB2-TiC晶粒的尺寸介于5 μ m-15 μ m。合成的超硬材料的 抗弯强度为866. 2MPa，断裂韧度为5. 6MPa. m0. 5，硬度为21. 32GPa。本发明构思新颖，利用真空热压烧结法，在保持材料高硬度的前提下，提高了陶瓷材料的抗弯强度及断裂韧度，通过控制烧结工艺制备成含有不同组分下的TiB2-TiC-WC超 硬材料。材料质量高，成本低，设备及工艺简单，易于产业化。
四
图1是热压烧结法制备的超硬材料TiB2-TiC-WC的扫描电镜照片。
五、实施例按实施例附表中所列的组成成份，将混合粉末装入缸式球磨机中，用硬质合金球 磨24小时和用200目筛过筛后，装入上下封闭的石墨容器中，孔径3-4mm，周长间隔5mm，均 勻分布，在升温速率50°C /min、压力45MPa、温度1500°C _1650°C、保温40min_70min条件下 制备而成。实施例附表
权利要求
热压烧结TiB2 TiC WC超硬材料，其特征在于合成TiB2 TiC WC超硬材料的混合粉末成分(质量比％)为TiB2 TiC 63％ 84％；WC 10 25％；Ni 6％ 12％。
2.制备权利要求1所述的热压烧结TiB2-TiC-WC超硬材料的方法，其特征在于工艺过 程为(1)将按比例配制的TiB2、TiC、WC、Ni的混合粉末装入缸式球磨机中，用硬质合金球 磨24小时和用200目筛过筛；(2)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；⑶在升温速率50°C /min、温度1500°C _1650°C、保温40min-70min条件下合成 TiB2-TiC-WC超硬材料。
全文摘要
本发明涉及新材料技术领域，尤其是热压烧结TiB2-TiC-WC超硬材料及其制备方法。超硬先驱体组份配比(质量比％)为TiB2-TiC 63％-84％；WC 10-25％；Ni 6％-12％。制备方法为将按比例配制的TiB2、TiC、WC混合粉末装入缸式球磨机中，用硬质合金球磨24小时和用200目筛过筛；将其装入上下封闭的石墨容器，再放入高温烧结炉内；在升温速率50℃/min、温度1500℃-1650℃、保温40min-70min条件下合成TiB2-TiC-WC超硬材料。其合成的超硬材料的纯度高，细小的WC晶粒均匀的分布在TiB2-TiC晶粒的周围，WC晶粒的尺寸介于2μm-5μm，TiB2-TiC晶粒的尺寸介于5μm-15μm；合成的超硬材料的抗弯强度为866.2MPa，断裂韧度为5.6MPa.m0.5，硬度为21.32GPa。制备的材料适用于制作刀具用于切削加工高硬度的材料。本方法成本低，设备及工艺简单，易于产业化。
文档编号C04B35/645GK101941843SQ20101025398
公开日2011年1月12日 申请日期2010年8月16日 优先权日2010年8月16日
发明者刘含莲, 刘战强, 宋金鹏, 朱洪涛, 艾兴, 邹斌, 黄传真 申请人:山东大学