[发明专利]一种高性能TiN基金属陶瓷及其制备方法

说明书

本发明提供了一种高性能TiN基金属陶瓷及其制备方法。该方法包括以下步骤：将TiN粉末与WO₃粉末混合均匀，然后放入氢气炉中，通入水氢气，升温后进行反应，得到W包覆TiN复合粉末；将该复合粉末和碳粉混合均匀，然后放入真空炉中进行碳化，得到WC包覆TiN复合粉末；将WC包覆TiN复合粉末、金属添加剂和成型剂混合均匀后，再依次过筛、压制成坯、脱脂、烧结，得到TiN基金属陶瓷。采用该方法制得的TiN基金属陶瓷具有致密度高、硬度高、抗弯性能优异、断裂韧性良好、摩擦系数低、耐磨性良好、抗氧化和抗腐蚀性能优异的特点，拥有十分广阔的市场前景。

技术领域

本发明属于无机非金属材料技术领域，尤其涉及一种高性能TiN基金属陶瓷及其制备方法。

背景技术

TiN(氮化钛)陶瓷材料具有低密度、高硬度、高熔点、耐腐蚀、热稳性好、摩擦系数低等优异性能，因而被认为是一种具有研究开发和应用前景的耐磨耐蚀材料；此外，TiN陶瓷材料有着漂亮的金黄色光泽，具有好的代金装饰效果，是一种非常有前途的装饰材料。但是氮化钛陶瓷材料本身塑性变形能力差，韧性低，难以获得致密的烧结体，这些缺陷限制了它的发展和应用。目前TiN陶瓷材料主要被用作涂层材料，但是涂层材料在使用过程中存在易剥落、寿命短等缺陷，因此制备高性能高致密的TiN块体材料具有很高的应用价值。

金属陶瓷是一种兼具陶瓷和金属优良特性的复合材料，但是TiN陶瓷材料与纯金属之间的润湿性差，烧结后难以获得综合性能优良的高致密TiN基金属陶瓷材料，因此，亟需进一步改进工艺方法，降低成本，提高材料的综合性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种高性能TiN基金属陶瓷，同时还提供该TiN基金属陶瓷的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种高性能TiN基金属陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

(1)将TiN粉末与WO₃粉末混合均匀，然后放入氢气炉中，通入水氢气，升温后进行反应，反应过程中WO₃优先和水汽反应生成高挥发性的水合氢氧化钨气体，然后在高温下被氢气还原，吸附在TiN陶瓷颗粒表面，得到预制核壳结构的W包覆TiN复合粉末；

(2)将步骤(1)后的W包覆TiN复合粉末和碳粉混合均匀，然后放入真空炉中进行碳化，得到核壳结构的WC包覆TiN复合粉末；

(3)将步骤(2)后的WC包覆TiN复合粉末、金属添加剂和成型剂混合均匀后，再依次过筛、压制成坯、脱脂、烧结，随炉冷却后得到TiN基金属陶瓷。

上述的制备方法，优选的，所述步骤(1)中，TiN粉末与WO₃粉末的质量比为20:1～5:1，有利于在TiN表面包覆均匀、致密并具有一定厚度(10nm～500nm)的W颗粒层；所述步骤(2)中，W包覆TiN复合粉末和碳粉的质量比为20:1～15:1，有利于将包覆的W颗粒完全转变为WC，同时反应消耗掉体系中参与的氧，净化体系；所述步骤(3)中，WC包覆TiN复合粉末、金属添加剂和成型剂三者的质量比为WC包覆TiN复合粉末：金属添加剂：成型剂＝(60～90)：(10～40)：(1～3)，通过将这三者的添加比例控制在本发明的范围内，有利于得到综合性能高的TiN基金属陶瓷。

上述的制备方法，优选的，所述步骤(1)中，水氢气的露点为-25℃～-30℃。本发明的制备方法，将水氢气的露点控制在本发明的范围内，可以保证生成的W颗粒的粒径在适当范围内，从而在TiN表面均匀致密地包覆W颗粒；如果超出本发明的范围，将促使W颗粒长大，包覆层过厚；如果低于本发明的范围，则生成的W颗粒细小，难以包覆均匀。