[发明专利]一种氧化锆与超细氮化硼多孔纤维复合增韧WC复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于合金材料技术领域，具体涉及一种氧化锆与超细氮化硼多孔纤维复合增韧WC复合材料及其制备方法。

背景技术

WC-Co硬质合金，是一种常见的、重要的硬质合金种类(YG系列)，广泛地应用于现代刀具材料、耐磨、耐腐蚀和耐高温材料领域，有现代工业的牙齿之称。纯WC材料很难烧结致密，即使烧结致密，烧结温度也往往在2000℃以上，易于对设备造成损害，并且烧结后断裂韧性只有～4MPa·m^1/2。Co作为WC烧结时的一种粘结相，对WC有非常好的润湿性，同时能使WC烧结温度降低到～1400℃，烧结时Co成为液相，大大增加WC颗粒扩散速率，使烧结致密，烧结后碳化钨复合材料通常断裂韧性在～12MPa·m^1/2。世界Co资源的分布是极其不均衡的，刚果(金)、澳大利亚和古巴三国的Co储量之和就占据世界总储量的68％。对中国的Co原料的供应也存在很多不稳定因素。同时Co作为一种粘结剂，降低了WC材料的硬度、耐腐蚀性和耐高温性，限制了WC材料在某些极端服役环境下的应用。因此，寻找一种常见的来源广泛的非粘结相的材料来替代Co，摆脱对国外的依赖，同时提高WC类硬质合金的硬度和高温性能就显得非常重要。

氧化锆在室温下状态为单斜氧化锆(m-ZrO₂)。而常用的力学性能较好的为四方氧化锆(t-ZrO₂)，正常情况下存在于高温。故一般采用Y₂O₃等作为稳定剂，使四方氧化锆在常温下也得以保持。此种部分稳定氧化锆也常用于多种陶瓷材料的增韧。此外，氧化锆也易于同基体材料形成固溶体，促进界面结合。但是当烧结后，仍然会有部分单斜氧化锆出现，同时随着时间的推移也伴随着四方氧化锆向单斜氧化锆的退化，造成材料力学性能的下降。

超细氮化硼多孔纤维，由于其多孔结构(total pore volume,0.566cm³/g)和高比表面积(0.515cm²/g)[Jing Lin,Lulu Xu,Yang Huang et al.Ultrafine porous boron nitride nanofibers synthesized via a freeze-drying and pyrolysis process and their adsorption properties.RSC Advances,2016,6,1253-1259]，添加质量分数小但能够高效利用，易于在制备过程中同时与基体和第二相实现结合。目前采用氧化锆增韧WC复合材料的研究尚未有报道。同时，以超细氮化硼多孔纤维稳定四方氧化锆的方法也未见报道。

发明内容

为了解决以上现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种氧化锆与超细氮化硼多孔纤维复合增韧WC复合材料。

本发明的另一目的在于提供上述氧化锆与超细氮化硼多孔纤维复合增韧WC复合材料的制备方法。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种氧化锆与超细氮化硼多孔纤维复合增韧WC复合材料，由87.85～93.99wt.％的WC，6.0～12.0wt.％的ZrO₂(3Y)，0.01～0.15wt.％的超细氮化硼多孔纤维以及不可避免的微量杂质组成。

上述氧化锆与超细氮化硼多孔纤维复合增韧WC复合材料的制备方法，包括以下制备步骤：

(1)将WC粉体、超细氮化硼多孔纤维、氧化锆粉体和有机溶剂置于球磨机中进行湿式球磨，制得球磨浆料；

(2)将球磨浆料干燥除去溶剂后过筛，获得颗粒尺寸≤300μm的复合粉末；

(3)将复合粉末置于模具中烧结固化成形，得到无粘结相的氧化锆与超细氮化硼多孔纤维复合增韧WC复合材料。

优选地，步骤(1)中所述的有机溶剂为乙醇。

优选地，步骤(2)中所述的干燥是指干燥至溶剂残余质量≤1％。

优选地，步骤(3)中所述的烧结是指采用放电等离子烧结技术进行烧结，具体烧结条件如下：

烧结电流类型为直流脉冲电流；

烧结压力：30～50MPa；

烧结气氛：低真空≤6Pa；

升温速率：50～300℃/min；

烧结温度：1400～1500℃；

保温时间：0min。

本发明的复合材料及制备方法具有如下优点及有益效果：