专利名称：用于制备金属陶瓷的粉末颗粒及金属陶瓷的制备方法
技术领域：
本发明主要涉及金属陶瓷及其制备方法，尤其涉及Ti (C，N)基金属陶瓷及其制备方法。
背景技术：
Ti (C，N)基金属陶瓷是ー类以Ti (C，N)粉或TiC与TiN的混合粉为硬质相主要原料，以Co、Ni、Mo等金属为粘接相原料，且通常还加入有WC、TaC、NbC、Mo2C、VC、Cr3C2等过渡族金属碳化物为添加剂经过粉碎、混合一模压ー烧结所形成的复合材料，主要用于制造切削工具。其中，粘接相金属的选择范围较宽，如CN102046823A (申请人住友电气エ业株式会社)的专利文献中就提出可在铁族金属中任意选取。
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目前，为提高Ti(C，N)基金属陶瓷的硬度、断裂韧性和抗弯强度，本领域的研究方向主要集中在过渡族金属碳化物的添加方面，其中，尤其以WC的添加最为常见。单纯采用机械混合的方法添加WC后，虽然烧结时可在硬质相上形成由(Ti，W) (C，N)复合固溶体所构成的环形壳层，但该环形壳层通常并不完整，以至硬质相中一部分的Ti (C，N)和粘接相金属直接接触，引起硬质相脱碳等问题，使金属陶瓷的断裂韧性和抗弯强度下降。
发明内容
本发明g在提供ー种能够增强增韧的Ti (C，N)基金属陶瓷的制备方法，以及实施该制备方法时所使用的粉末颗粒和该粉末颗粒的制备方法。本发明的金属陶瓷的制备方法包括的步骤为I)制备粉末混合物原料的组份及配比(重量百分比)由Ti (C，N)粒芯及WC包覆层构成的粉末颗粒60% 70%铁族金属10% 20%除WC以外的过渡族金属碳化物其余按照上述组份及配比，将所述粉末颗粒、铁族金属以及过渡族金属碳化物进行粉碎并混合，制得粉末混合物；2)成型通过压カ成型将上述粉末混合物制成压坯；3)烧结将上述压坯置于真空或保护气氛中进行烧结，冷却后即得到所述金属陶瓷。上述方法中所使用的作为硬质相原料的粉末颗粒是由Ti (C，N)粒芯及WC包覆层构成的，即由WC包覆Ti (C，N)所形成的颗粒。而现有Ti (C，N)基金属陶瓷的硬质相原料则为Ti (C，N)粉或TiC与TiN的混合粉。相比于现有单纯采用机械混合的方法添加WC，本发明通过物理包覆的方式实现了在Ti (C，N)颗粒的表面覆盖ー层WC，因此，在烧结过程中，Ti (C，N)与WC的界面形成较完整的(Ti，W) (C，N)环形化合物，(Ti，W) (C，N)在粘接相金属中溶解占位从而阻碍Ti (C，N)中的Ti、N、C原子的扩散，有效抑制Ti、N、C原子在粘接相中的溶解和析出，降低了碳氣化钦在粘接相中的溶解度，减少碳氣化钦在粘接相中溶解析出再长大导致的N分解，增强碳氮化钛的稳定性，使碳氮化钛晶粒细化，提高金属陶瓷的硬度和强韧性。具体的，所述铁族金属选自Co、Ni、Fe、Cu中的ー种或几种。具体的，所述过渡族金属碳化物选自TaC、NbC、Mo2C中的ー种或几种。其中，所述WC包覆层的重量最好占每单位粉末颗粒重量的10% 40%。这是因为，若WC包覆层的重量占每单位粉末颗粒重量小于10%时，难以实现WC对Ti (C1N)的完全包覆，因此对材料力学性能的提高并无十分明显(但仍有一定提高)；而若WC包覆层的重量占每单位粉末颗粒重量大于40%，则会因材料硬度的下降而使金属陶瓷的性能达不到最理想的范围。
此外，所述粉末颗粒的平均粒径最好为3微米 6微米，以使制备的金属陶瓷具更有优异的力学性能。上述方法中的成型、烧结过程可采用现有的エ艺和手段。压カ成型可以选择模压、等静压、挤压和轧制等方法。本发明的用于制备金属陶瓷的粉末颗粒，其由Ti (C，N)粒芯及WC包覆层构成。基于已陈述的理由，所述WC包覆层的重量最好占每单位粉末颗粒重量的10% 40%。更优的选择是WC包覆层的重量占每单位粉末颗粒重量的20% 30%。试验表明，当WC包覆层的重量占每单位粉末颗粒重量的比例处于上述区间范围内吋，Ti (C，N)基金属陶瓷在硬度、抗弯强度和断裂韧性方面均明显优于现有金属陶瓷。基于已陈述的理由，所述粉末颗粒的平均粒径最好为3微米 6微米。上述粉末颗粒的制备方法包括的步骤为将Ti (C，N)粉末分散在钨酸铵溶液中以得到混合浆料；将所述混合浆料进行干燥以得到仲钨酸铵包覆Ti (C，N)颗粒的前躯体粉末；将所述前躯体粉末置于甲烷气氛中反应以得到由Ti (C，N)粒芯及WC包覆层构成的粉末颗粒。其中，最好采用聚こ烯亚胺作分散剂将Ti (C，N)粉末均匀分散在钨酸铵溶液中从而得到所述混合浆料。当采用聚こ烯亚胺作为Ti (C，N)粉末在钨酸铵溶液中的分散剂时，聚こ烯亚胺利用其在固液界面的吸附作用，形成吸附层来阻碍Ti (C，N)颗粒的互相作用和团聚，提高Ti (C，N)粉末在钨酸铵溶液中的分散性，以便经干燥实现WC对Ti (C，N)的完
整包覆。此外，所述钨酸铵溶液的加入量最好按制备得到的粉末颗粒中WC包覆层的重量占每单位粉末颗粒重量的10% 40%来计算。此外，为了达到理想的粒径，将Ti (C，N)粉末和钨酸铵溶液置于滚筒式球磨机中，并加入分散剂混合球磨；滚筒式球磨机中球料比为(6 8): 1，并以20 40转/分钟的速度球磨5小时 15小时。与普通Ti (C，N)基金属陶瓷相比，本发明具有以下优点I、采用WC包覆Ti (C，N)粉末作为硬质相原料制造的Ti (C，N)基金属陶瓷，其硬度、抗弯强度和断裂韧性均优于现有Ti (C，N)基金属陶瓷。
2、采用聚こ烯亚胺作为Ti (C，N)粉末在钨酸铵溶液中的分散剂，聚こ烯亚胺利用其在固液界面的吸附作用，形成吸附层来阻碍Ti (C，N)颗粒的互相作用和团聚，提高Ti(C，N)粉末在钨酸铵溶液中的分散性，以通过干燥实现WC对Ti (C，N)的完整包覆。3、本发明烧结过程中，Ti (C，N)与WC的界面形成完整的(Ti，W) (C，N)环形化合物，解决了烧结时Ti (C，N)在粘接相中溶解导致的N分解以及Ti (C，N)与粘接相金属润湿性差的问题。
具体实施例方式<试验例>制造Ti (C，N)基金属陶瓷，然后对这些Ti (C，N)基金属陶瓷的硬度、断裂韧性和抗弯强度进行检測。试验的基本步骤为 I)制备由WC包覆Ti (C，N)的粉末颗粒A.将Ti (C，N)粉末和0. 5mol/L的钨酸铵溶液置于滚筒式球磨机中，并加入为Ti(C，N)粉末重量I % 3%的分散剂混合球磨；滚筒式球磨机中球料比为(6 8) :1，并以20 40转/分钟的速度球磨5小时 15小时。由此，将Ti (C，N)粉末均匀分散在钨酸铵溶液中后得到混合浆料。B.将混合浆料进行喷雾干燥，得到仲钨酸铵包覆Ti (C，N)颗粒的前躯体粉末；然后将前躯体粉末置于管式炉中，在50 100毫升/分钟的甲烷气氛中，以800°C 1200°C反应I小吋 2小吋，制得粉末颗粒，该粉末颗粒即由Ti (C，N)粒芯及WC包覆层构成。2)制备粉末混合物按设定的组份及配比称取原料，在滚筒式球磨机中以球料比(6 8) :1，20 40转/分钟的速度，进行60 90小时的混合球磨，制备得到粉末混合物。3)成型在粉末混合物中加入石蜡、PEG等成型剂，搅拌均匀，过筛后在模具中模压制成压还，模压压カ为IOOMpa 300Mpa。4)烧结将上述压坯置于真空或保护气氛中进行烧结，烧结时在1380°C 1480°C下保温I小吋 3小时，冷却后即得到所述金属陶瓷。注意下述部分试验未使用由WC包覆Ti (C, N)的粉末颗粒作硬质相原料。[表 I]由WC包覆Ti (C，N)的粉末颗粒的制备条件
表I
权利要求
1.用于制备金属陶瓷的粉末颗粒，其特征是其由Ti(C，N)粒芯及WC包覆层构成。
2.如权利要求I所述的用于制备金属陶瓷的粉末颗粒，其特征是所述WC包覆层的重量占每单位粉末颗粒重量的10% 40%。
3.如权利要求I或2所述的用于制备金属陶瓷的粉末颗粒，其特征是所述粉末颗粒的平均粒径为3微米 6微米。
4.用于制备金属陶瓷的粉末颗粒的制备方法，包括的步骤为将Ti(C，N)粉末分散在钨酸铵溶液中以得到混合浆料；将所述混合浆料进行干燥以得到仲钨酸铵包覆Ti (C，N)颗粒的前躯体粉末；将所述前躯体粉末置于甲烷气氛中反应以得到由Ti (C，N)粒芯及WC包覆层构成的粉末颗粒。
5.如权利要求4所述的用于制备金属陶瓷的粉末颗粒的制备方法，其特征在于采用聚乙烯亚胺作分散剂将Ti (C，N)粉末均匀分散在钨酸铵溶液中从而得到所述混合浆料。
6.如权利要求4所述的用于制备金属陶瓷的粉末颗粒的制备方法，其特征在于所述钨酸铵溶液的加入量按制备得到的粉末颗粒中WC包覆层的重量占每单位粉末颗粒重量的10% 40%来计算。
7.如权利要求4所述的用于制备金属陶瓷的粉末颗粒的制备方法，其特征在于将Ti(C，N)粉末和钨酸铵溶液置于滚筒式球磨机中，并加入分散剂混合球磨；滚筒式球磨机中球料比为(6 8) : 1，并以20 40转/分钟的速度球磨5小时 15小时。
8.金属陶瓷的制备方法，包括的步骤为 1)制备粉末混合物 原料的组份及配比(重量百分比) 权利要求I至3中任意一项权利要求所述的粉末颗粒60% 70%铁族金属10% 20% 除WC以外的过渡族金属碳化物其余 按照上述组份及配比，将所述粉末颗粒、铁族金属以及过渡族金属碳化物进行粉碎并混合，制得粉末混合物； 2)成型 通过压力成型将上述粉末混合物制成压坯； 3)烧结 将上述压坯置于真空或保护气氛中进行烧结，冷却后即得到所述金属陶瓷。
9.如权利要求8所述的金属陶瓷的制备方法，其特征在于所述铁族金属选自Co、Ni、Fe、Cu中的一种或几种。
10.如权利要求7或8所述的金属陶瓷的制备方法，其特征在于所述过渡族金属碳化物选自TaC、NbC、Mo2C中的一种或几种。
全文摘要
本发明公开了一种能够增强增韧的Ti(C，N)基金属陶瓷的制备方法，以及实施该制备方法时所使用的粉末颗粒和该粉末颗粒的制备方法。本发明的制备方法包括的步骤为1)制备粉末混合物原料的组份及配比(重量百分比)由Ti(C，N)粒芯及WC包覆层构成的粉末颗粒60％～70％；铁族金属10％～20％；除WC以外的过渡族金属碳化物其余；按照上述组份及配比，将所述粉末颗粒、铁族金属以及过渡族金属碳化物进行粉碎并混合，制得粉末混合物；2)成型通过压力成型将上述粉末混合物制成压坯；3)烧结将上述压坯置于真空或保护气氛中进行烧结，冷却后即得到所述金属陶瓷。该方法中所使用的粉末颗粒是由Ti(C，N)粒芯及WC包覆层构成的。
文档编号C22C1/05GK102796932SQ20121031150
公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月29日 优先权日2012年8月29日
发明者颜焰, 陈辉, 万武辉 申请人:成都美奢锐新材料有限公司