[发明专利]一种高硬度和高韧性的金属陶瓷及其制备方法和应用

说明书

本发明属于切削刀具技术领域，公开了一种高硬度和高韧性的金属陶瓷及其制备方法和应用。所述金属陶瓷是将TiC_0.7N_0.3，WC，Ni，Co，Mo₂C和NbC混合后，加入WC硬质合金球和无水乙醇进行球磨；将混合后的浆料放在80～100℃进行干燥，加入成型剂聚乙烯醇进行造粒，将造粒后的粉末预压成型，采用等离子烧结，施加25～30MPa的压力，升温至1700～1800℃进行烧结制得。本发明的Ti(C,N)是金属陶瓷的硬质相，提高了金属陶瓷的致密度并控制环形相的厚度，也改进了环形相的结构和性能，NbC为晶粒抑制剂可以在烧结过程中抑制晶粒的长大，改善金属陶瓷的力学性能，提高金属陶瓷的红硬性和抗热冲击能力。

技术领域

本发明属于陶瓷材料技术领域，更具体地，涉及一种高硬度和高韧性的金属陶瓷及其制备方法和应用。

背景技术

随着制造业的飞速发展，高速切削加工技术已经得到普遍运用，高速加工技术可以大幅度提高切削效率，提高工件加工表面的质量，降低加工成本，Ti(C,N)基金属陶瓷刀具较传统的WC基硬质合金刀具具有更高的红硬性，良好的化学稳定性和耐磨损特性。被广泛的应用于铸铁，碳钢，不锈钢的高速加工领域。放电等离子烧结(spark plasmasintering，简称SPS)是一种新的材料制备技术，它是将金属等粉末装入石墨等材质制成的模具内,利用上、下模兼通电电极将特定烧结电源和压制压力施加于烧结粉末,经放电活化、热塑变形和冷却来制取高性能材料。它具有升温速度快、烧结时间短、组织结构可控、节能环保等特点，在较低烧结温度和较小成型压力下烧结出高性能的材料。商业上常用无压烧结做出制备金属陶瓷，但烧结时间长，烧结成本高。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，本发明的首要目的在于提供一种高硬度和高韧性的金属陶瓷。

本发明另一目的在于提供上述高硬度和高韧性的金属陶瓷的制备方法。

本发明再一目的在于提供上述高硬度和高韧性的金属陶瓷的应用。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种高硬度和高韧性的金属陶瓷，所述金属陶瓷是将TiC_0.7N_0.3，WC，Ni，Co，Mo₂C和NbC混合后，加入WC硬质合金球和无水乙醇进行球磨；将混合后的浆料放在80～100℃干燥，加入成型剂聚乙烯醇进行造粒，将造粒后的粉末预压成型，采用等离子烧结，施加25～30MPa的压力，升温至1700～1800℃进行烧结制得。

优选地，所述金属陶瓷的抗弯强度为2240～2315MPa，维氏硬度为1850～1950HV，密度为6.75～6.79g/cm³。

优选地，所述TiC_0.7N_0.3，WC，Ni，Co，Mo₂C和NbC的质量比为(55～60)：(15～20)：(13～15)：(7～10)：(4～6)。

优选地，所述TiC_0.7N_0.3的粒径为0.5～1μm，所述WC、Ni、Co、Mo₂C和NbC的粒径均为1～3μm。

优选地，所述TiC_0.7N_0.3，WC，Ni，Co，Mo₂C和NbC总质量、WC硬质合金球和无水乙醇的质量比为1：(5～8)：(3～5)。

优选地，所述球磨的时间为24～36h。

优选地，所述升温的速率为100～200℃/min。

优选地，所述烧结的时间为2～5min。

所述的高硬度和高韧性的金属陶瓷的制备方法，包括如下具体步骤：