[发明专利]高温夹具材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及夹具材料及其制备方法。

背景技术

随着航空航天技术的发展，高温材料及超高温材料日益引起人们的广泛重视，这些材料的高温力学性能评价(包括拉伸性能、压缩性能、抗弯性能、剪切性能、蠕变性能等)是高温材料研究工作的重要组成部分；高温材料的力学性能需要在高温环境中进行检测，高温力学性能测试设备所用的夹具材料难以满足高温测试的要求，因此要求应用于高温力学性能测试试验设备的高温夹具材料必须具有更高的高温力学性能和高的可靠性。

目前常用的高温夹具材料有硬质合金、C/C等纤维增强复合材料、SiC和Si₃N₄等陶瓷材料，但这些夹具材料各有其缺点；其中硬质合金由于含有Co等金属，所以高温强度低，难以满足高温力学性能测试的要求；C/C等纤维增强复合材料的制备工艺复杂、成本昂贵，而且高温硬度低，限制了其使用；SiC和Si₃N₄等陶瓷材料的高温性能较好，但成型困难，难以制作形状复杂的夹具，而且不导电，限制了其在特定条件下的应用。

发明内容

本发明目的是为了解决现有高温夹具材料的高温强度低、高温硬度低、成型困难、不导电及材料制备工艺复杂和成本高的问题，而提供高温夹具材料及其制备方法。

高温夹具材料按体积百分比由51％～90％的难熔碳化物和10％～49％的增韧相制成；其中难熔碳化物为碳化锆、碳化钛、碳化钽、碳化铪、碳化铌中的一种或几种的混合；增韧相为钨粉、钼粉、铌粉、钽粉、铪粉、铼粉中的一种或几种的混合及由钨元素、钼元素、铌元素、钽元素、铪元素、铼元素组成的二元、三元、四元、五元或六元的合金粉。

高温夹具材料的制备方法按以下步骤进行：一、按体积百分比称取51％～90％的难熔碳化物和10％～49％的增韧相并混合，得混合料；二、将混合料放入石墨模具中，置于温度为1800～2500℃、压力≤200MPa、氩气气氛、氮气气氛或真空的条件下烧结保温0.5～10h，即得高温夹具材料；其中步骤一中难熔碳化物为碳化锆、碳化钛、碳化钽、碳化铪、碳化铌中的一种或几种的混合；步骤一中增韧相为钨粉、钼粉、铌粉、钽粉、铪粉、铼粉中的一种或几种的混合及由钨元素、钼元素、铌元素、钽元素、铪元素、铼元素组成的二元、三元、四元、五元或六元的合金粉。

本发明中高温夹具材料的致密度为93％～100％，室温下三点弯曲法测试的抗弯强度为530～850MPa，用单边切口梁法测试的断裂韧性为4～9MPa·m^1/2，复合材料在1000℃时的三点弯曲抗弯强度为400～900MPa，由此可见高温夹具材料具有良好的高温强度、高温硬度及导电性能；本发明中高温夹具材料的制备工艺简单，成本低；本发明中高温夹具材料制作高温夹具成型容易，适于线切割加工或电火花加工，也可以用于制作压头、高温模具等耐磨零部件。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式高温夹具材料按体积百分比由51％～90％的难熔碳化物和10％～49％的增韧相制成；其中难熔碳化物为碳化锆、碳化钛、碳化钽、碳化铪、碳化铌中的一种或几种的混合；增韧相为钨粉、钼粉、铌粉、钽粉、铪粉、铼粉中的一种或几种的混合及由钨元素、钼元素、铌元素、钽元素、铪元素、铼元素组成的二元、三元、四元、五元或六元的合金粉。

本实施方式中难熔碳化物为几种的混合时可按任意比混合。

本实施方式中增韧相为几种的混合时可按任意比混合；增韧相为钨元素、钼元素、铌元素、钽元素、铪元素、铼元素组成的二元、三元、四元、五元或六元的合金粉时，合金粉中的元素可按任意比混合。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是高温夹具材料按体积百分比由60％～80％的难熔碳化物和20％～40％的增韧相制成。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是高温夹具材料按体积百分比由90％的难熔碳化物和10％的增韧相制成。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是高温夹具材料按体积百分比由80％的难熔碳化物和20％的增韧相制成。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一、二、三或四不同的是所使用的难熔碳化物的纯度为98％～99.99％。其它与具体实施方式一、二、三或四相同。