[发明专利]一种CVD涂层用Ti(C,N)基金属陶瓷基体材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种CVD涂层用Ti(C,N)基金属陶瓷基体材料及其制备方法，其中，通过在Ti(C,N)基金属陶瓷中添加石墨烯，利用石墨烯的碳单质属性提高Ti(C,N)基金属陶瓷作为CVD涂层基体时的抗脱碳能力，并且，只加入少量的石墨烯即可提高Ti(C,N)基金属陶瓷作为CVD涂层基体时的抗脱碳能力；同时，利用石墨烯超高的杨氏模量与本征强度提高基体材料的横向断裂强度和硬度，阻碍涂层裂纹的扩展；并且，所述制备方法在真空预烧结以及低压终烧结过程中，严格控制升温速率，进一步提高了材料的性能。

技术领域

本发明涉及一种金属陶瓷材料及其制备方法，特别是CVD 涂层用Ti(C,N)基金属陶瓷基体材料及其制备方法，属于金属陶 瓷材料领域。

背景技术

Ti(C,N)基金属陶瓷的涂层主要包括化学气相沉积 (Chemical vapordeposition，简称CVD)和物理气相沉积(Physical vapor deposition，简称PVD)两种方式。CVD涂层相比PVD涂层 具有涂层源的制备相对容易、涂层材料种类多、基体结合强度 高、耐磨性能好等优点。

但是，CVD涂层沉积温度高，通常在1000℃左右。一方面， 高温下容易造成基体表面脱碳，在涂层与基体之间易产生一层 脆性的脱碳相，比如CVD涂覆TiC涂层，在1000℃时，发生如 下的反应：

TiCl₄+CH₄+H₂＝TiC+4HCl+H₂；

化学反应过程中生成的TiC沉积在基体的表层，然而，在 沉积TiC涂层过程中，伴随着如下反应的进行：

TiCl₄+C+2H₂＝TiC+4HCl；

因此，反应的结果将导致涂层基体的表面脱碳，从而使涂 层与基体之间形成脱碳相(η相)，脱碳相使得基体横向断裂强度 下降，这会引起涂层刀具脆性破裂；另外一方面，涂层材料通 常是陶瓷材料，例如TiC、TiN、TiCN、Al₂O₃等，由于涂层材 料和基体材料的热膨胀系数存在差异，在涂层从高温冷却过程 中，不可避免地会形成残余应力，对基体而言是拉应力，应力 集中处容易形成裂纹源和微裂纹。涂层刀具切削加工时，外力 作用诱发裂纹扩展，当应力超过金属陶瓷基体的断裂强度时， 就容易导致刀具崩刃失效。

发明内容

为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，通过在 Ti(C,N)基金属陶瓷中添加微量石墨烯，利用石墨烯的碳单质属 性及石墨烯超高的杨氏模量(1020GPa)与本征强度(130GPa)提 高基体材料的表面碳含量及横向断裂强度，阻止涂层过程的脱 碳相形成和阻碍涂层裂纹扩展，从而完成本发明。

本发明一方面提供了一种CVD涂层用Ti(C,N)基金属陶瓷 基体材料，具体体现在以下几个方面：

(1)一种CVD涂层用Ti(C,N)基金属陶瓷基体材料，所述 材料由一种组合物制成，所述组合物包括Ti(C,N)、Co、Ni、 WC、Mo₂C和石墨烯。

(2)根据上述(1)所述的CVD涂层用Ti(C,N)基金属陶瓷 基体材料，其中，所述组合物中组分的重量百分配比如下：

(3)根据上述(1)或(2)所述的CVD涂层用Ti(C,N)基 金属陶瓷基体材料，其中，所述组合物中组分的重量百分配比 如下：

(4)根据上述(1)至(3)之一所述的CVD涂层用Ti(C,N) 基金属陶瓷基体材料，其中，