专利名称：WC－Co硬质合金原位合成方法
技术领域：
一种放电等离子反应烧结WC-Co硬质合金原位合成方法属于反应烧结技术领域。
背景技术：
WC-Co硬质合金是我国一种量大面广的重要材料。传统硬质合金生产流程主要包括WO3氢还原制备W粉末、W粉末高温碳化形成WC粉末、WC和Co粉末球磨混料、压制、烧结等步骤，工艺流程长，需要消耗大量的能源和水资源。有报导用自蔓延(SHS)高温合成法制备硬质合金，但存在成分纯度低、性能差的问题。放电等离子烧结技术(SPS)是一种节能、环保的材料制备新技术，具有烧结时间短、烧结温度低、烧结机理特殊等一系列优点。但采用放电等离子烧结法制备WC-Co硬质合金，目前国内外未见报导。
发明内容
本发明提供一种工艺简单、操作便利，能降低能源消耗和成本的短流程工艺，并具有与传统制造方法制造的硬质合金组织、成分均相同的制备方法。
本发明提供的WC-Co硬质合金原位合成方法，其特征在于，包括以下步骤(1)在重量百分比78％～80％的WO3和5.0％～8％Co3O4粉末中加入13.0％～15％的炭黑进行混合球磨，以无水乙醇为保护介质，粉末球磨后烘干，过-120目筛；(2)将上述过筛后的混合粉装入模具，用油压机压紧，放入放电等离子烧结设备中进行烧结；(3)抽真空到3～4Pa，预先加上10-15MPa压力，以100～120℃/min均匀快速升温，当温度升至1000～1100℃保温，待真空度由最低点开始提高时，迅速加压至30～50MPa，待真空度恢复到3～4Pa后，温度以70-80℃/min均匀升温至1200～1300℃保温，保温2～3分钟后降温冷却。
本发明保证了反应中生成的气体能顺利地从两端排出，从而消除了由气体形成的较大孔洞，这样保证试样烧结收缩后达到致密，但预压力不宜过大，否则会影响气体排出。在放气过程中要严格控制升温速度、保温过程来达到既保证大量气体顺利排出，又能保证合成所需要的均匀组织结构。通过放电等离子初始大功率使粉粒之间放电几率增大，更有效地净化颗粒表面并在放电的高温作用下使合成反应更完全。此方法具有工艺简单、易于操作，降低成本和能耗的特点。
图1实施例1烧结试样的宏观形貌图2实施例1烧结试样的XRD3实施例2烧结试样断口扫描电镜照片图4实施例3烧结试样的断口扫描电镜照片具体实施方式
1.将重量百分比78.0％的WO3与重量百分比13.0％的炭黑和重量百分比8.0％Co3O4进行配粉加入无水乙醇，放入高能球磨机中进行混粉、球磨20h后，于120℃下烘烤1小时后过-120目筛，将混合粉装入φ20的石墨模具中，压紧，然后放入SPS中烧结，抽真空到3～4Pa，预先加上10MPa压力，在100℃/min下快速升温，当温度升至1100℃保温待真空度由最低点开始提高时，迅速将加压至30MPa，待真空度恢复到3～4Pa后，温度以70℃/min升温至1200℃保温2分钟后降温缓慢冷却至室温取出，得到WC-Co硬质合金材料。烧结体不分层(图1)，XRD分析表明为WC和Co相(图2)。
2.将重量百分比80.0％的WO3与重量百分比15.0％的炭黑和重量百分比5.0％Co3O4进行配粉加入无水乙醇，放入高能球磨机中进行混粉、球磨20h后，于120℃下烘烤1小时后过-120目筛，将混合粉装入φ20的石墨模具中，压紧，然后放入SPS中烧结，抽真空到3～4Pa，预先加上15MPa压力，以120℃/min快速升温，当温度升至1100℃保温待真空度由最低点开始提高时，迅速将加压至50MPa，待真空度恢复到3～4Pa后，温度以80℃/min升温至1300℃保温3分钟后降温缓慢冷却至室温取出，得到WC-Co硬质合金材料。XRD分析表明为WC和Co相(图2)，烧结体密度d＝14.81g/cm3，组织细小均匀(图3)。
3.将重量百分比80.0％的WO3与重量百分比14.0％的炭黑和重量百分比7.0％Co3O4进行配粉加入无水乙醇，放入高能球磨机中进行混粉、球磨20h后，于120℃下烘烤1小时后过-120目筛，将混合粉装入φ20的石墨模具中，压紧，然后放入SPS中烧结，抽真空到3～4Pa，预先加上15MPa压力，以120℃/min快速升温，当温度升至1100℃保温待真空度由最低点开始提高时，迅速将加压至50MPa，待真空度恢复到3～4Pa后，温度以80℃/min升温至1300℃保温2分钟后降温缓慢冷却至室温取出，得到WC-Co硬质合金材料。XRD分析表明为WC和Co相，烧结体密度d＝14.927g/cm3，晶粒尺寸在0.5μm左右(图4)。
权利要求
1.一种WC-Co硬质合金原位合成方法，其特征在于，包括以下步骤1)在重量百分比78％～80％的WO3和5.0％～8％Co3O4粉末中加入13.0％～15％的炭黑进行混合球磨，以无水乙醇为保护介质，粉末球磨后烘干，过-120目筛；2)将上述过筛后的混合粉装入模具，用油压机压紧，放入放电等离子烧结设备中进行烧结；3)抽真空到3～4Pa，预先加上10-15MPa压力，以100～120℃/min均匀快速升温，当温度升至1000～1100℃保温，待真空度由最低点开始提高时，迅速加压至30～50MPa，待真空度恢复到3～4Pa后，温度以70-80℃/min均匀升温至1200～1300℃保温，保温2～3分钟后降温冷却。
全文摘要
本发明属于反应烧结技术领域。传统硬质合金生产流程工艺流程长，需消耗大量能源和水。SHS高温合成法存在成分纯度低、性能差的问题。本发明步骤在重量百分比78％～80％的WO
文档编号C22C1/04GK1749422SQ20051010568
公开日2006年3月22日 申请日期2005年9月30日 优先权日2005年9月30日
发明者张久兴, 王澈, 张国珍, 宋晓艳, 周美玲 申请人:北京工业大学