[发明专利]一种多元碳化物固溶体增韧TiB2陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料领域，具体涉及一种多元碳化物固溶体增韧TiB₂陶瓷及其制备方法。

背景技术

TiB₂基陶瓷由于其具有高熔点、高硬度、高比强度、优异的热导率和电导率；较好的高温力学性能和化学性能稳定，在1700℃下仍具有较好热稳定性和化学稳定性，摩擦系数低；良好的润湿性；热膨胀系数小等特点。近年来受到全世界的广泛关注，使其成为一种潜在的切削刀具材料。然而，TiB₂陶瓷及其复合材料的应用受限于其较强的脆性，即较低的断裂韧性；因此，在不降低其硬度和高温力学性能的前提下，提高其断裂韧性；将极大拓展其应用领域。

与此同时，在金属的切削过程中，提高切削速率可极大地提高加工效率，高速切削加工已成为机械制造业的重要发展方向。在高切削速度和断续切削条件下，因承受温度骤变所引起的周期性热震冲击作用，要求刀具材料具有优良的抗热震性和高温力学性能。

目前对TiB₂基陶瓷的增韧方法以添加陶瓷相或低熔点金属复合为主。但是，加入陶瓷相或低熔点金属复合会使其材料高温下的摩擦磨损性能降低。例如2017年，杂志Tribology International(109(2017)97–103)上发表的“Fabrication and tribological properties of WC-TiB₂composite cutting tool materials under dry sliding condition”一文，其制备的WC/TiB₂复合材料，其中加入了金属Ni添加剂，使该材料在高温下的摩擦磨损性能降低。

鉴于上述缺陷，本发明了一种多元碳化物固溶体增韧TiB₂陶瓷及其制备方法，创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

发明内容

为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种多元碳化物固溶体增韧TiB₂陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，将原料TiO₂粉，WO₃粉，C粉与钒，铬，锆，铌，钼，铪，钽元素中最多四种不同元素的氧化物粉末，按不同比例混合；

第二步，将上述混合物粉末放入研磨机研磨；

第三步，将研磨后的粉体进行碳热还原/固溶处理，得到多元碳化物固溶体粉末；

第四步，将所述多元碳化物固溶体粉末和TiB₂粉末混合得到混合粉末；

第五步，将所述混合粉末进行烧结，得到多元碳化物固溶体增韧TiB₂陶瓷复合材料。

较佳的，所述第三步中，进行的碳热还原/固溶处理温度为1400～1600℃，保温时间为2～4h，真空度≤10Pa。

较佳的，所述第四步中，粉末混合为湿法混料，以无水乙醇为球磨介质，混料时间为24h，之后粉体在干燥箱中烘干，温度为60℃，将完全干燥的混合粉体过筛。

较佳的，所述第五步中，所述混合粉体经过150MPa冷等静压成型后，采用无压烧结方法进行烧结，烧结温度为1600～1800℃，保温时间为1～4h。

较佳的，所述的多元碳化物固溶体增韧TiB₂陶瓷的制备方法制备的一种多元碳化物固溶体增韧TiB₂陶瓷。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：合成温度低，能耗小，粉体成分可控性好，粉体粒度小，杂质少，并且在不降低其硬度和高温力学性能的前提下，其断裂韧性很高，并且具有优良的抗热震性和高温力学性能，在高温下的摩擦磨损性能良好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明中各实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是本发明的固溶体(T_0.88,W_0.12)C的XRD图谱。

图2是本发明的固溶体(Ti_0.78,W_0.12,Ta_0.10)C的XRD图谱。

图3是本发明的固溶体(Ti_0.58,W_0.12,V_0.10,Nb_0.10,Ta_0.10)C的XRD图谱。