[发明专利]一种铬掺杂的四硼化钨超硬材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种超硬材料的制备方法，包括以下步骤：将钨粉、铬粉与硼粉进行高能球磨，得到复合粉末；将所述复合粉末进行高温烧结，得到超硬材料。本发明是一整套完整的过渡金属硼化物的制备方法，其首先采用机械化学法在室温下对按一定比例混合的粉末进行高能球磨，然后对球磨后的复合粉末进行致密化烧结，获得具有一定硬度、强度与热稳定性好的铬掺杂四硼化钨材料。

技术领域

本发明涉及材料制备技术领域，尤其涉及一种铬掺杂的四硼化钨超硬材料的制备方法。

背景技术

超硬材料因其具有高的硬度、良好的耐磨性、表面稳定性等优良特性，被广泛应用于切削刀具、耐磨涂层和研磨材料等，在工业生产和航空航天中发挥着不可替代的作用。

过渡金属硼化物具有高熔点、高硬度和良好的化学稳定性，其中可能存在潜在的新型超硬材料。目前，在过渡金属硼化物中寻找潜在的超硬材料已经得到广泛的认可。

现研究报道的过渡金属硼化物主要有锇(Os)、铼(Re)、铱(Ir)、钨(W)和钌(Ru)等元素的硼化物。其中，钨是为数不多的能形成高硼化物的过渡金属，价格便宜，其四硼化钨是平衡条件下存在的钨的最高硼化物。另外，四硼化钨除了具有高硬度的优点外，还有优良的化学惰性、耐摩擦耐磨损和良好的中子吸收效果等一系列优良性能，可以应用于刀具、切削工具和新型屏蔽材料，有很高的科研价值和良好的应用前景。由此，基于四硼化钨的超硬材料具有很高的研究价值。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种超硬材料的制备方法，本申请提供的超硬材料具有较高的硬度、强度与热稳定性。

有鉴于此，本申请提供了一种超硬材料的制备方法，包括以下步骤：

将钨粉、铬粉与硼粉进行高能球磨，得到复合粉末；

将所述复合粉末进行高温烧结，得到超硬材料。

优选的，所述钨粉、铬粉和硼粉的摩尔比为(1-x)：x：5，0＜x≤0.5。

优选的，所述钨粉、铬粉和硼粉的摩尔比为0.9:0.1:5。

优选的，所述复合粉末中包括二硼化钨、钨和硼。

优选的，所述高能球磨的保护气氛为氩气，所述高能球磨的球料比为(3～6)：1，所述高能球磨的时间大于零且小于等于40h。

优选的，所述高温烧结的温度为1200～1600℃，所述高温烧结在真空或惰性气氛下进行。

优选的，所述超硬材料中包括W_1-xCr_xB₄，0＜x≤0.5。

优选的，所述超硬材料中还包括WB₂与B。

本申请提供了一种超硬材料的制备方法，其具体为：将钨粉、铬粉和硼粉进行高能球磨，得到复合粉末，再将复合粉末进行高能球磨，得到超硬材料。在上述制备过程中，钨粉、铬粉和硼粉通过高能球磨，得到了高表面能的纳米级混合粉末，其主要成分为WB₂，随后进行的高温烧结形成以W_1-xCr_xB₄为主相的超硬材料，该超硬材料中Cr原子部分取代了WB₄晶胞中的W原子，形成了铬掺杂四硼化钨的材料，从而提高了材料的硬度，同时使得到的超硬材料具有较高的强度与热稳定性。

附图说明

图1是实施例1和实施例2制备的复合粉体球磨40h的XRD图谱；

图2是实施例1制备的复合粉体分别在1000℃、1100℃、1200℃、1300℃、1400℃热处理保温2h后的XRD图谱；