[发明专利]一种碳氮化钛基复合金属陶瓷材料微波烧结工艺

说明书

本发明属于材料制备领域，特别是一种碳氮化钛基复合金属陶瓷材料微波烧结工艺。包括如下步骤：步骤1：按比例称取粉末，进行球磨混合，在球磨结束前1.5‑2.5小时加入浓度为1‑5％的聚乙烯醇溶液，球磨后，干燥，研磨，过筛；步骤2：将筛选好的粉料压制成型；步骤3：采用微波烧结工艺，将样品放入碳化硅片辅助加热装置并置于保温箱中，以20～40℃/min的升温速率持续升温到1550～1650℃，保温5～20min，随后随炉冷却，制得碳氮化钛基复合金属陶瓷材料。在微波烧结中采用碳化硅片辅助加热取代传统的埋粉辅助烧结，使聚乙烯醇能够在烧结过程中充分挥发，减少材料在烧结过程中的内部气孔，提高致密度；且采用碳化硅片辅助加热不需要后续处理，简化了制备流程。

技术领域

本发明属于材料制备领域，特别是一种碳氮化钛基复合金属陶瓷材料微波烧结工艺。

背景技术

碳氮化钛基金属陶瓷是硬度高、耐磨性好、高温化学稳定性出色、对金属的摩擦系数极低、热变形抗力强和力学性能优良的金属陶瓷材料，尤其是它优良的高温特性，即使在1300℃温度下其仍具备较高的强度，可应用于航空航天用部件、轴承、高速切削刀具等领域。目前，碳氮化钛金属陶瓷多使用传统烧结方式制备，如反应烧结、无压烧结、气压烧结、热压烧结、热等静压烧结等。然而传统烧结存在许多弊端，如设备和维护成本高昂；采用热辐射、热传导的加热方式会引起材料内的温度梯度较大，材料内部容易产生残余应力；制备周期长，效率低，不利于材料的批量生产等。随着科学技术的发展，一些新技术也随之产生，微波烧结作为一种高效、节能、环保的新型烧结方式，引起了很多学者的关注和研究。

目前，碳氮化钛金属陶瓷材料的微波烧结工艺仍不完善，其报道也相对较少。从现有文章(H.Hu,Y.Cheng,Z.Yin,Y.Zhang,T.Lu,MechanicalpropertiesandmicrostructureofTi(C,N)basedcermetcuttingtoolmaterialsfabricatedbymicrowavesintering,Ceramics International.41(2015)15017–15023)可得知，添加质量分数7.5％Ni和7.5％Co作为粘结剂，使用微波烧结方式可制备出硬度最高达到15.49±0.21GPa，断裂韧性达到10±0.55MPa.m1/2的碳氮化钛基金属陶瓷材料。与其它陶瓷材料相比，其韧性相对较高，但硬度偏低。

专利申请号为201510779093.7的发明专利中，制备了一种氧化铝/碳氮化钛复合陶瓷，其以Al₂O₃为主体，以Ti(C,N)作为增强增韧相，当氧化铝含量为61％，碳氮化钛含量为30％、烧结温度为1550℃时，其最高硬度达到18.4GPa，韧性为6.72MPa·m^1/2，其硬度有所提高，但韧性仍较低，较低的韧性会导致材料容易发生脆性断裂，极大地限制了材料的使用范围。

综上所述，现有的碳氮化钛金属陶瓷材料的微波烧结工艺仍存在不足，所制备的碳氮化钛金属陶瓷综合力学性能仍不理想。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种碳氮化钛基复合金属陶瓷材料微波烧结工艺。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种碳氮化钛基复合金属陶瓷材料微波烧结工艺，所述碳氮化钛基复合金属陶瓷材料以重量百分数计，包含如下成分：Ti(C,N)62％-68％、Mo₂C 15％、WC 5％、Ni 3％-6％、Co 6％-9％、Mo 3％-6％；包括如下步骤：

步骤1：按比例称取Ti(C,N)、Mo₂C、WC、Ni、Co和Mo粉末，进行球磨混合，在球磨结束前1.5-2.5小时加入浓度为1-5％的聚乙烯醇溶液，球磨结束后，干燥，研磨，过筛；

步骤2：将筛选好的粉料在100-300MPa的压力下压制成型，得到金属陶瓷素坯(4)；