[发明专利]一种碳化钨复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种碳化钨复合材料及其制备方法，属于复合材料技术领域。本发明提供的碳化钨复合材料包括以下制备原料：TaC、WC、NbC、VC和TiC_x。本发明提供的碳化钨复合材料不含粘结金属，能够避免硬质合金高温软化失效，且具有良好的断裂韧性。实施例的结果表明，本发明的碳化钨复合材料的断裂韧性为4.96～12.51MPa/m^1/2，具有良好的断裂韧性。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种碳化钨复合材料及其制备方法。

背景技术

硬质合金是由过渡族难熔金属的化合物(如WC、TiC、TaC、NbC等)和粘结金属(如Co、Ni、Fe)通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料。硬质合金具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，特别是它的高硬度和耐磨性，即使在500℃的温度下也基本保持不变，在1000℃时仍有很高的硬度。鉴于其优良性能，硬质合金广泛用作刀具材料。

近年来，随着对传统硬质合金认识的深入以及各工程领域对材料性能需求的提高，人们对硬质合金提出了更高的要求。相关研究发现，当WC晶粒度减小到超细晶(<0.5μm)以下时，硬质合金的硬度、强度及耐磨性均随WC晶粒的细化而显著提高。MichalskiA采用放电等离子烧结技术(SPS)制备了晶粒度为110nm，硬度和断裂韧性分别达到22.07GPa和15.3MPa/m^1/2的WC-12wt.％Co硬质合金[Recent developments on WC-based bulkcomposites.Journal ofMaterials Science,2011,46(3):571-589]。但是，无论是传统的还是超细WC基硬质合金，均是由粘结金属结合并由粘结金属提供足够的断裂韧性。而粘结金属的熔点较碳化物低，在高温下会发生软化被挤出，导致WC硬质合金发生软化失效。因此，如何在不显著降低断裂韧性的条件下，降低金属粘结相用量，甚至开发一种不包含金属粘结相，完全由碳化物相结合的新型硬质合金成为了目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳化钨复合材料及其制备方法，本发明提供的碳化钨复合材料不含粘结金属，能够避免硬质合金高温软化失效，且具有良好的断裂韧性。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种碳化钨复合材料，所述碳化钨复合材料的制备原料包括：TaC、WC、NbC、VC和TiC_x(0.4≤x≤0.9)；所述碳化钨复合材料的制备原料不含粘结金属。

优选的，所述TaC、WC、NbC、VC和TiC_x的摩尔比为1:(1～6):1:1:1。

优选的，所述TiC_x的制备包括将碳化钛粉末和钛粉进行球磨，得到TiC_x。

本发明还提供了上述技术方案所述碳化钨复合材料的制备方法，包括以下步骤：将TaC、WC、NbC、VC和TiC_x依次进行球磨和烧结，得到碳化钨复合材料。

优选的，所述球磨包括：(1)将TaC、WC、NbC和VC进行混合球磨，得到细化料；(2)将所述细化料与TiC_x进行混合球磨，得到球磨混合料。

优选的，所述步骤(2)中混合球磨的球料比为10:1。

优选的，所述步骤(2)混合球磨的转速为300r/min，混合球磨的时间为10h。

优选的，所述烧结的压力为30～50MPa，烧结的温度为1400～1800℃，烧结的时间为10～30min。

优选的，所述烧结之前还包括保温预处理；所述保温预处理的温度为600℃，保温预处理的时间为5～10min。