[发明专利]一种核壳结构增强TiB2

说明书

一种核‑壳结构增强TiB₂‑TiC基金属陶瓷，质量百分组成为：TiB₂：25～50％，TiC：26～41％，WC：4～14％，Co：9～11％，Ni：9～11％，其中:WC:TiC＝0.15～0.45。先配制混合粉末，再用氢气还原，压制成型，最后烧结得到典型核壳结构的TiB₂‑TiC基金属陶瓷复合材料，体积密度为5.21～5.75g/cm³，抗弯强度为1042～1421MPa，断裂韧性为16.34～20.12MPa·m^1/2，硬度为14.68～17.32GPa。本发明工艺流程简单、生产条件易于控制、适合规模化生产，在精密加工刀具、耐磨材料、高温抗氧化材料等领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于金属陶瓷复合材料领域，具体涉及一种核-壳结构增强TiB₂-TiC基金属陶瓷及其制备方法。该金属陶瓷具有高硬度，高抗弯强度和断裂韧性，可用于制造刀具、耐磨部件、模具内衬、和高温抗氧化材料等领域。

背景技术

近年来以TiC/Ti(N, C) 为主要硬质相，以Co、Ni为粘结相，WC、MoC、TaC、NbC、ZrC等为第二硬质相添加剂，通过液相烧结制备的具有典型核壳结构的TiC/Ti(C, N)基金属陶瓷因其优异的力学性能，被广泛应用于切削刀具领域。在上述金属陶瓷中，通过添加WC、MoC等碳化物，不仅改善了TiC、Ti(C, N)硬质相与Co、Ni粘接相之间的润湿性，而且在液相烧结过程中通过“液相迁移”和“溶解-析出”机制，在TiC、Ti(C, N)颗粒周围形成了(Ti, W/Mo)(C, N)固溶体的壳层，改善了材料的界面结合强度，极大地提高了材料的抗弯强度和断裂韧性。

TiB₂陶瓷与TiC和TiN相比，具有更加优异的物理化学性能。其密度低 (4.52 g/cm³)，熔点 (2980 ℃)，硬度 (34 GPa) 远高于TiC (28.50 GPa) 和TiN (21 GPa) 的硬度，TiB₂相较于TiC、TiN具有更加优异的耐摩擦磨损性能。TiB₂的抗腐蚀性能好，在HCl和HF强酸中性质稳定，具有优异的高温力学性能，极佳的导电导热性能 (电阻率12.5 μΩ·cm，导热系数25 w/m·k) 以及高温抗氧化性能 (抗氧化温度可达1000 ℃)。由于以上优异的特性，TiB₂陶瓷可广泛应用于复合材料、金属陶瓷、有色金属冶炼、耐磨结构件、防弹装甲和切削工具等材料领域。但由于TiB₂的自扩散系数低，烧结活性不好，制备致密的TiB₂块体材料需要非常高的烧结温度(通常在2000℃以上)，并且通常需要加压烧结，再加上单相的TiB₂陶瓷的抗热冲击性、断裂韧性低，因而极大地限制了其实际应用。