[发明专利]一种过渡金属硼化物硬质陶瓷材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于无机非金属硬质材料领域，公开了一种过渡金属硼化物硬质陶瓷材料及其制备方法和应用。所述过渡金属硼化物硬质陶瓷材料为Os_1‑xMT_xB₂，其中，MT为Re，W或Ir；x为0.01～0.5；是在氩气下利用机械化学法将Os、MT和B粉末混合制成Os_1‑xMT_xB₂粉末；在Os_1‑xMT_xB粉末中添加烧结助剂Ni，碾磨后过筛处理，将含Ni的Os_1‑xMT_xB₂粉末经1400～1800℃烧结制得。本发明通过添加Ni作为烧结助剂，降低块体的烧结温度、得到致密度较高的块体材料，改善了块体材料的力学性能，该陶瓷材料可用于切削刀具或研磨等工业领域。

技术领域

本发明属于无机非金属材料技术领域，更具体地，涉及一种过渡金属硼化物硬质陶瓷材料Os_1-xMT_xB₂(MT＝Re,W,Ir)及其制备方法和应用。

背景技术

随着工业化的快速发展，对高性能材料的需求越来越大。超硬材料广泛应用于精密制造、航空航天、机械和医疗等众多领域，被称为工业上的“牙齿”。目前主要的超硬材料是金刚石和立方氮化硼，但金刚石的热稳定性和化学惰性比较差，且切削含铁类工件容易石墨化，其使用范围受到一定的限制；立方氮化硼是目前第二硬的材料，虽在切屑含铁类工件上可替代金刚石，但立方氮化硼的合成需要在高温高压下，成本比较高。因此，迫切需要寻找一种新型的超硬材料。

新型超硬材料的研究主要有B-C-N-O系列和过渡金属(Re、Os、Ru、Ir)与轻元素(B、N、C)系列。在B-C-N-O系列化合物的研究中虽取得了很大的进展，但其合成的条件苛刻，制造成本过高，所以为了寻求物美价廉的超硬材料，很多研究者们投身于过渡金属与轻元素的研究。

在过渡金属元素与轻元素的研究中，锇因其具有最高的价电子密度而受到关注。研究人员通过第一性原理计算预测OsB₂具有三种类型的结构：(1)RuB₂型正交结构(2)ReB₂型六方结构(3)AlB₂型六方结构，并且计算结果表明六方结构的硬度要高于正交结构。但由于ReB₂型六方结构OsB₂为亚稳相，一直以来，实验研究制备的OsB₂均为RuB₂型正交结构。如美国专利US09701542B2所述，2014年xie等人首次通过机械化学法合成ReB₂型六方结构OsB₂，但他们在随后的放电等离子烧结过程中，发现部分ReB₂型六方结构OsB₂转变为正交结构，相变的发生会导致材料性能降低。中国专利CN107043260A和中国专利CN107188565A的研究发现ReB₂型六方结构的OsB₂在600℃以上即发生向正交结构的相变，通过在Os、B原料粉末中掺杂一定量的铼(Re)、铱(Ir)或钨(W)元素，可获得稳定的ReB₂型六方结构第三元素掺杂OsB₂。目前，Os_1-xMT_xB₂(MT＝Re,W,Ir等)过渡金属硼化物硬质材料在未添加烧结助剂情况下，通过SPS烧结、热压烧结和无压烧结后块体材料的致密度都不高，相应的力学性能表征也很低。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，本发明提供了一种过渡金属硼化物硬质材料。该材料具有致密度高、力学性能优异等优点。