[发明专利]碳化钨基复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳化钨基复合材料及其制备方法。该方法包括：以碳化钨和金属相为原料，按照碳化钨基复合材料中金属相质量分数为1～6wt％配料，其中，所述金属相为金属镍或金属钴；将配好的原料加入球磨机中进行球磨，使碳化钨和金属相充分混合均匀；将混合后物料在20～40Mpa压力下压制成块状，放入石墨模具中；将所述石墨模具放入真空热压炉中通过真空热压烧结制备得到碳化钨基复合材料。本发明制备得到的碳化钨基复合材料具有韧性好、综合性能优越，且制备工艺操作简单、工艺流程短的优点。

技术领域

本发明涉及陶瓷基复合材料技术领域，特别是涉及一种碳化钨基复合材料及其制备方法。

背景技术

陶瓷材料具有耐高温、高强度、相对重量较轻、抗腐蚀等优异性能，但其缺点是具有脆性，处于应力状态时，会产生裂纹，甚至断裂导致材料失效。例如，碳化钨为黑色六方晶体，有金属光泽，硬度与金刚石相近，为电、热的良好导体，虽然具有硬度高、耐高温、化学性质稳定的优点，但碳化钨的韧性较差，当碳化钨材料处于应力状态时，会产生裂纹，甚至断裂导致材料失效。

陶瓷基复合材料是以陶瓷为基体与其他增强相复合的一类复合材料，陶瓷基体可为碳化物、氮化物等高温结构陶瓷。陶瓷基复合材料属于非金属基复合材料，不同于金属基复合材料。金属基复合材料是以金属及其合金为基体，与一种或几种金属或非金属增强相结合成的复合材料，其增强材料大多为无机非金属，如陶瓷、碳及硼等，也可以用金属丝。

现有技术中金属基复合材料的制备：中国专利CN101580939B公开了一种金属基复合材料的制备方法，具体公开了一种碳化钨陶瓷颗粒增强金属基复合涂层制备方法，其是以WC陶瓷粉末和NiCrBSi合金粉末为原料，通过涂层设计、喷涂粉末筛选、按比例混合、基材表面处理、控制等离子喷涂参数等工序可以制备WC占比33～37％的WC_p/NiCrBSi复合材料；可见，该专利属于金属基陶瓷复合材料喷涂制备方法，与陶瓷基复合材料完全不同。中国申请CN105063540B、CN105112908B、CN105821275A、CN107130126A等均为金属基碳化钨陶瓷材料制备工艺，所用工艺有等离子喷涂技术、激光熔覆技术、感应炉熔化技术、原位生成技术等，与本申请的碳化钨基金属复合材料均有本质区别，且其制备纯度和材料性能均低于本申请。中国申请CN104911586A公开了一种在金属基材料表面熔覆碳化钨覆层的方法，将碳化钨粉末和特种金属合金粉末混合均匀后，加入成膜剂，并将粉末轧制成扁平布状，得到碳化钨合金覆层；使用胶黏剂或使用机械夹持方法将碳化钨合金覆层粘在金属基材表面；将带有碳化钨合金覆层的金属基材在真空炉熔烧，熔烧完成后空气冷却，并进行后续热处理；该方法制备的复合材料中基体金属与碳化钨增强相分布不够均匀，复合材料性能有待提高，且高温、真空条件下烧制的碳化钨颗粒的性能远低于本申请。

本申请为碳化钨基复合材料，属于陶瓷基复合材料，与镍基碳化钨复合材料、钴基碳化钨复合材料均不相同。现有技术中陶瓷基复合材料的制备：

中国申请CN108531884A公开了一种钴包覆陶瓷基复合硬质合金粉体的制备方法，中国专利CN108689726B公开了一种镍包覆陶瓷复合粉体的制备方法，两者具体公开的制备方法包括：流化床反应器加热到反应温度，将陶瓷粉体加入流化床中，流化气体为氩气与氢气的混合气体；以钴/镍卤化物为钴源，钴/镍源加热为钴/镍卤化物蒸气，钴/镍卤化物蒸气以另一路氩气为载气，载入流化床中，与流化床中氢气发生化学气相沉积反应，得到钴/镍包覆陶瓷基复合硬质合金粉体。可见，两者属于化学气相沉积工艺，要求钴/镍包覆量占比0.1～20％；而化学气相沉积过程中，随着反应的进行钴/镍颗粒会有所长大；而且，该工艺仅为陶瓷基复合材料粉体制备工艺，与本申请复合材料粉体制备及烧结工艺不同。