[发明专利]制备硬质合金或金属陶瓷产品的方法

说明书

技术领域

本发明涉及使用粉末注射成型或挤出法制备碳化钨基或金属陶瓷硬质合金工具或部件的方法，以及涉及制备用于此的粘结剂体系的方法。

背景技术

基于碳化钨的硬质合金是由在粘结剂相中的至少一种硬质相的细(μm级)粒组成的复合材料。这些材料通常含有硬质相碳化钨(WC)。另外，也可以包括一般组成为(Ti，Nb，Ta，W)C的其它金属碳化物，以及金属碳氮化物，例如Ti(C，N)。所述粘结剂相通常由钴(Co)组成。也可以使用其它粘结剂相组合物，例如Co、Ni和Fe或Ni和Fe的组合。

工业制备碳化钨基硬质合金通常包括使用研磨液体在湿状态下共混给定比例的原材料和添加剂的粉末。这种液体通常为醇，例如乙醇，或水，或它们的混合物。然后将所述混合物研磨为均匀的淤浆。为充分解聚和混合所述原材料的目的，进行所述湿研磨操作。也可以将单独的原材料颗粒粉碎至一定程度。然后将得到的淤浆例如通过喷雾干燥器进行干燥并制粒。这样得到的颗粒可然后用于生坯的单轴压制或用于挤出或注射成型。

注射成型在塑料工业中是常见的，其中将含有热塑性塑料或热固性聚合物的材料加热并使其强迫进入到具有希望形状的模具内。当用于粉末工艺中时，该方法通常被称为粉末注射成型(PIM)。该方法优选用于具有复杂几何形状的部件。

在碳化钨基硬质合金部件的粉末注射成型中，使用了四个连续的步骤：

1.将颗粒状硬质合金粉末与粘结剂体系混合。该粘结剂体系作为所述粉末的载体，并且构成所形成材料的25-60体积％，所形成的材料通常被称为坯料。准确的浓度取决于模制过程中希望的工艺性质。该混合通过将所有所述组分添加到加热至所述有机粘结剂熔融温度以上温度的混合器内而完成。以约4×4mm尺寸的颗粒状物得到所形成的坯料。

2.使用该混合的坯料进行注射成型。将该材料加热至100-240℃，并然后使其强迫进入到具有希望形状的腔中。将因此得到的部件冷却，和然后从所述腔中将其取出。

3.从得到的部件中除去所述粘结剂。该除去可以通过在合适的溶剂中提取该部件和/或通过在炉中在合适的气氛中加热而实现。该步骤通常被称为脱脂步骤。

4.烧结所述部件。使用通常用于硬质合金的烧结过程。

挤出所述坯料包括如上步骤1、3和4。使所述坯料连续地强制通过具有希望横截面的模头，而不是将其强迫进入到具有希望形状的腔中。

所述坯料的固体装载量φ是与有机组分相比硬质组分的体积量。可使用如下公式计算φ：

φ=ρf-ρvρs-ρv]]>

其中用氦比重瓶测量，ρ_s是烧结的硬质合金的密度，ρ_v是所述有机组分的平均密度和ρ_f是所述坯料的密度。

当将所述硬质组分与所述有机粘结剂混合时，通常的问题是部分有机粘结剂在所述坯料中没有很好地分散开。而是，小部分的有机粘结剂形成颗粒，该颗粒比所述硬质组分的晶粒大小大得多，即在10-30μm的范围内。在将生坯脱脂的过程中，这些颗粒将被除去，在结构中留下孔隙。除去这些孔隙的常用方法是在使用Ar的流体静压的情况下使用烧结，即烧结热等静压。当使用烧结热等静压时，如果所述孔隙不与施加的压力物理关联，则所述空隙将被金属粘结剂相填充。而在所述生坯表面附近的孔隙将坍塌以形成表面孔隙，如直接位于生坯表面中的那些孔隙一样。在所述表面中的孔隙将显著降低所述烧结材料的宏观机械强度。在所述材料主体中的金属粘结剂填充的前者的孔隙也将降低所述烧结材料的机械强度。在所述有机粘结剂颗粒大，即在20-30μm范围内的情况下，另一个常见的问题是，在脱脂步骤中，随着气体太快产生，这些颗粒将热解，在所述材料结构中形成气泡。

发明内容

本发明的目的是解决这些问题。

附图说明

图1显示了根据现有技术的硬质合金的微结构的光学显微图LOM，其具有约为1000的放大倍率。