專利名稱：一種金屬陶瓷及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及陶瓷材料及其制備方法，特別是Ti(C，N)基金屬陶瓷及其制備方法。
本發(fā)明的Ti(C，N)基金屬陶瓷各組成成份重量百分比為Ti30～65，W8～25，Ta1.0～15.0，Zr0.1～5.0，Nb0～10，Cr0～1.0，V0～5.0，Al0～1.0，Mo4.5～20，Ni3.5～15.0，Co4.5～15，其余成分為C和N。
本發(fā)明的Ti(C，N)基金屬陶瓷按在組成中的重量百分比計(jì)，Ta+Nb+V＝1.0～20，Ni+Co＝8～25且Ni/(Ni+Co)＝0.2～0.8較好。
本發(fā)明的Ti(C，N)基金屬陶瓷的制備方法，依次包括如下步驟(1)將最終能滿足上述的本發(fā)明金屬陶瓷各組成成份重量百分比的碳氮化物陶瓷粉末、碳化物陶瓷粉末與金屬粉末混合進(jìn)行濕磨，濕磨后經(jīng)沉淀干燥，制得混合料；(2)按混合料重量的8～15％加入成型劑，混合后進(jìn)行干燥制粒，經(jīng)壓制成型；(3)將壓制成型料在真空爐中進(jìn)行脫蠟和燒結(jié)，脫蠟真空度高于5Pa，在升溫至250～350℃和400～650℃之間時(shí)各保溫90～150min；燒結(jié)真空度高于0.1Pa，燒結(jié)工藝為升溫至1300℃保溫30～50min；再升溫至1400～1500℃保溫30～100min；并在真空環(huán)境下冷卻。
采用本發(fā)明的金屬陶瓷制備方法，所用的原料中碳氮化物陶瓷粉末至少包括兩種或兩種以上不同組元的多元復(fù)式碳氮化物固溶體陶瓷粉末，特別是至少含有一種Ti(C，N)粉末和(Ti，W，Ta，Nb，Mo)(C，N)、(Ti，W)(C，N)、(Ti，W，Ta)(C，N)、(Ti，W，Ta，Nb)(C，N)等Ti、W、Ta、Nb、Mo的多元復(fù)式碳氮化物固溶體粉末中的一種，且按重量比計(jì)時(shí)，Ti(C，N)粉末中，N/(N+C)＝0.6～0.8，Ti、W、Ta、Nb、Mo等多元復(fù)式碳氮化物固溶體粉末中，N/(N+C)＝0.3～0.6。
此外，所用的多元復(fù)式碳氮化物固溶粉末原料中金屬元素Ti，W，Ta，Nb，Mo的重量有一定的比例，一般來說，按重量百分比計(jì)時(shí)，(Ti，W)(C，N)粉末中0.3≤Ti≤0.9，0.1≤W≤0.7；(Ti，W，Ta)(C，N)粉末中0.3≤Ti≤0.8，0.1≤W≤0.3，0.1≤Ta≤0.4；(Ti，W，Ta，Nb)(C，N)粉末中0.3≤Ti≤0.7，0.1≤W≤0.3，0.1≤Ta≤0.3，0.05≤Nb≤0.3；(Ti，W，Ta，Nb，Mo)(C，N)粉末中，0.3≤Ti≤0.7，0.1≤W≤0.3，0.1≤Ta≤0.3，0.05≤Nb≤0.3，0.05≤Mo≤0.3。
采用本發(fā)明的金屬陶瓷制備方法，所用的原料中碳化物陶瓷粉末采用Ti、W、Ta、Nb、V、Zr、Cr、Mo等的碳化物和/或他們的固溶體碳化物粉末，金屬粉末則采用Ni、Co和/或Mo粉。
采用本發(fā)明的金屬陶瓷制備方法，所用的原料中碳氮化物、碳化物陶瓷粉末和金屬粉末粒度一般為Fsss≤3.5，最好是Fsss≤1.5。
本發(fā)明的金屬陶瓷制備方法采用的成型劑為苯乙烯-丁二烯-苯乙烯鑲段聚合物或聚乙二醇。
本發(fā)明采用兩種以上不同組元的多元復(fù)式碳氮化物固溶體陶瓷粉末制備金屬陶瓷，且含有少量金屬元素Zr，與前述專利技術(shù)及市場(chǎng)上的Ti(C，N)基金屬陶瓷相比，本發(fā)明的Ti(C，N)基金屬陶瓷材料，具有較高的硬度(HRA92.0～93.5)、較高的抗彎強(qiáng)度(σb＝2050～1400Mpa)，因此除具有較好的耐磨性、紅硬性、優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性，極低的與金屬間磨擦系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)外，其強(qiáng)韌性也很優(yōu)良，既可用于切削金屬和合金的刀具材料，又可用于拉絲模，壓制模等模具材料。
以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
實(shí)施例1將粒度為1.0(Fsss，下同)、且符合設(shè)定的最終組成成分重量百分比的Ti(C，N)和(Ti，W，Ta)(C，N)碳氮化物陶瓷粉末、(Ti，W，Ta)C、WC、TiC、ZrC、NbC和Mo2C碳化物陶瓷粉末與金屬Ni、Co粉末混合后濕式球磨48～96小時(shí)，在Ti(C，N)粉末中N/(N+C)＝0.7(重量比，下同)；(Ti，W，Ta)(C，N)粉末中N/(N+C)＝0.37，Ti0.7，W0.2，Ta0.1(重量百分比，下同)。將制備的混合料沉淀36～96小時(shí)，真空干燥，再加入成型劑苯乙烯-丁二烯-苯乙烯鑲段聚合物，加入重量為混合料重量的10％，混合后經(jīng)干燥制粒、壓制成型，然后在真空爐內(nèi)進(jìn)行脫蠟處理，處理時(shí)真空度高于5Pa，并在300℃保溫120min，520℃保溫120min，隨后進(jìn)行真空燒結(jié)，其真空度高于0.1Pa，升溫至1300℃保溫30min后，再升溫至1500℃，保溫60min，最后在真空環(huán)境下冷卻。
以上述原料組分及制備工藝條件制得的金屬陶瓷各組成成分重量百分比為Ti40.1，W15.8，Ta5.3，Nb1.0，Zr0.3，V0，Al0，Mo10，Ni10，Co5.1，C+N12.4，其中Ta+Nb+V＝6.3，Ni＞Co且Ni/(Ni+Co)＝0.66；金屬陶瓷材料性能指標(biāo)為硬度HRA92.2，抗彎強(qiáng)度2050MPa。
實(shí)施例2將粒度為1.5、且符合設(shè)定的最終組成成分重量百分比的Ti(C，N)和(Ti，W，Ta，Nb)(C，N)碳氮化物陶瓷粉末、(Ti，W，Ta，Nb)C、WC、TiC、ZrC、TaC和VC碳化物陶瓷粉末與金屬Ni、Co、Mo粉末混合在高能球磨機(jī)內(nèi)濕磨20小時(shí)，其中Ti(C，N)粉末中N/(N+C)＝0.65；(Ti，W，Ta，Nb)(C，N)粉末中N/(N+C)＝0.3，Ti0.7，W0.1，Ta0.1，Nb0.1。將制備的混合料不經(jīng)沉淀直接真空干燥，再加入成型劑聚乙烯醇，加入重量為混合料重量的8％，混合后經(jīng)干燥制粒、壓制成型，然后在真空爐內(nèi)進(jìn)行脫蠟處理，處理時(shí)真空度高于5Pa，并在350℃保溫150min，600℃保溫150min；隨后進(jìn)行真空燒結(jié)，其真空度高于0.1Pa，升溫至1300℃保溫30min后，再升溫至1480℃，保溫90min，最后在真空環(huán)境下冷卻。
以上述原料組分及制備工藝條件制得的金屬陶瓷各組成成分重量百分比為Ti37.2，W14.2，Ta6.6，Nb0.9，Zr0.1，V1.0，Al0，Mo9.5，Ni12，Co6，C+N12.5，其中Ta+Nb+V＝8.5，Ni＞Co且Ni/Ni+Co＝0.66；金屬陶瓷材料性能指標(biāo)為硬度HRA92.5，抗彎強(qiáng)度1860MPa。
實(shí)施例3將粒度為2.5、且符合設(shè)定的最終組成成分重量百分比的Ti(C，N)和(Ti，W，Ta，Nb，Mo)(C，N)碳氮化物陶瓷粉末、(Ti，Ta)C、WC、TiC、ZrC、Cr3C2和Mo2C碳化物陶瓷粉末與金屬Ni、Co粉末混合濕式球磨72小時(shí)，其中Ti(C，N)粉末中N/(N+C)＝0.65；(Ti，W，Ta，Nb，Mo)(C，N)粉末中N/(N+C)＝0.5，Ti0.7，W0.1，Ta0.1，Nb0.05，Mo0.05。將制備的混合料沉淀96小時(shí)，真空干燥，再加入成型劑苯乙烯-丁二烯-苯乙烯鑲段聚合物，加入重量為混合料重量的15％，混合后經(jīng)干燥制粒、壓制成型，然后在真空爐內(nèi)進(jìn)行脫蠟處理，處理時(shí)真空度高于5Pa，并在250℃保溫150min，550℃保溫150min；隨后進(jìn)行真空燒結(jié)，其真空度高于0.1Pa，升溫至1300℃保溫30min后，再升溫至1490℃，保溫75min，最后在真空環(huán)境下冷卻。
以上述原料組分及制備工藝條件制得的金屬陶瓷各組成成分重量百分比為Ti38.0，W17.0，Ta8.4，Nb1.6，Cr1.0，Zr0.5，V0，Al0.5，Mo4.5，Ni6.5，Co10，C+N12.7，其中Ta+Nb+V＝10，Ni＜Co且Ni/Ni+Co＝0.39；金屬陶瓷材料性能指標(biāo)為硬度HRA92.7，抗彎強(qiáng)度1825MPa。
實(shí)施例4將粒度為3.5、且符合設(shè)定的最終組成成分重量百分比的Ti(C，N)和(Ti，W)(C，N)碳氮化物陶瓷粉末、(Ti，W，Ta)C、WC、ZrC、和TiC碳化物陶瓷粉末與金屬Ni、Co和Mo粉末混合濕式球磨36小時(shí)，其中Ti(C，N)粉末中N/(N+C)＝0.67；(Ti，W)(C，N)粉末中N/(N+C)＝0.3，Ti0.8，W0.2。將制備的混合料沉淀48小時(shí)，真空干燥，再加入成型劑苯乙烯-丁二烯-苯乙烯鑲段聚合物，加入重量為混合料重量的12％，混合后經(jīng)干燥制粒、壓制成型，然后在真空爐內(nèi)進(jìn)行脫蠟處理，處理時(shí)真空度高于5Pa，并在320℃保溫90min，600℃保溫150min；隨后進(jìn)行真空燒結(jié)，其真空度高于0.1Pa，升溫至1300℃保溫30min后，再升溫至1460℃，保溫90min，最后在真空環(huán)境下冷卻。
以上述原料組分及制備工藝條件制得的金屬陶瓷各組成成分重量百分比為Ti45.6，W10.2，Ta1.0，Nb0，Zr5.0，V0，Al0，Mo10.1，Ni9.0，Co7.5，C+N11.6，其中Ta+Nb+V＝1.0，Ni＞Co且Ni/Ni+Co＝0.55；金屬陶瓷材料性能指標(biāo)為硬度HRA93.5，抗彎強(qiáng)度1437MPa。
權(quán)利要求
1.一種金屬陶瓷，其各組成成份重量百分比為Ti30～65，W8～25，Ta1.0～15.0，Zr0.1～5.0，Nb0～10，Cr0～1.0，V0～5.0，Al0～1.0，Mo4.5～20，Ni3.5～15，Co4.5～15，其余成分為C和N。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬陶瓷，其特征在于按在組成中的重量百分比計(jì)，Ta+Nb+V＝1.02～0，Ni+Co＝8～25，且Ni/(Ni+Co)＝0.2～0.8。
3.權(quán)利要求1所述金屬陶瓷的制備方法，依次包括如下步驟(1)將最終能滿足權(quán)利要求1所述的金屬陶瓷各組成成分重量百分比的碳氮化物陶瓷粉末、碳化物陶瓷粉末與金屬粉末混合進(jìn)行濕磨，濕磨后經(jīng)沉淀干燥，制得混合料；(2)按混合料重量的81～5％加入成型劑，混合后進(jìn)行干燥制粒，經(jīng)壓制成型；(3)將壓制成型料在真空爐中進(jìn)行脫蠟和燒結(jié)，脫蠟真空度高于5Pa，在升溫至250～350℃和400～650℃之間各保溫90～150min；燒結(jié)真空度高于0.1Pa，燒結(jié)工藝為升溫至1300℃保溫30～50min；再升溫至1400～1500℃保溫30～100min；并在真空環(huán)境下冷卻。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬陶瓷的制備方法，其特征在于所述碳氮化物陶瓷粉末至少包括兩種或兩種以上不同組元的多元復(fù)式碳氮化物固溶體陶瓷粉末，特別是至少含有一種Ti(C，N)粉末和一種Ti、W、Ta、Nb、Mo等的多元復(fù)式碳氮化物固溶體粉末。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的金屬陶瓷的制備方法，其特征在于所述Ti(C，N)粉末中，按重量比計(jì)時(shí)，N/(N+C)＝0.6～0.8。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的的金屬陶瓷的制備方法，其特征在于所述多元復(fù)式碳氮化物固溶體粉末可以為(Ti，W，Ta，Nb，Mo)(C，N)粉末，還可以為(Ti，W)(C，N)，或(Ti，W，Ta)(C，N)，或(Ti，W，Ta，Nb)(C，N)粉末，且按重量比計(jì)時(shí)，這些粉末中N/(N+C)＝0.3～0.6。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的的金屬陶瓷的制備方法，其特征在于所述的多元復(fù)式碳氮化物固溶粉末中金屬元素按重量百分比計(jì)時(shí)，(Ti，W)(C，N)粉末中0.3≤Ti≤0.9，0.1≤W≤0.7；(Ti，W，Ta)(C，N)粉末中0.3≤Ti≤0.7，0.1≤W≤0.3，0.1≤Ta≤0.4；(Ti，W，Ta，Nb)(C，N)粉末中0.3≤Ti≤0.7，0.1≤W≤0.3，0.1≤Ta≤0.3，0.05≤Nb≤0.3；(Ti，W，Ta，Nb，Mo)(C，N)粉末中，0.3≤Ti≤0.7，0.1≤W≤0.3，0.1≤Ta≤0.3，0.05≤Nb≤0.3，0.05≤Mo≤0.3。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬陶瓷的制備方法，其特征在于所述碳化物陶瓷粉末由Ti、W、Ta、Nb、V、Zr、Cr、Mo等碳化物和/或他們的固溶體碳化物粉末組成；所述金屬粉末采用Ni、Co和(或)Mo粉。
9.根據(jù)權(quán)利要求3至8中任一項(xiàng)所述的金屬陶瓷的制備方法，其特征在于所述碳氮化物、碳化物陶瓷粉末和金屬粉末粒度為Fsss≤3.5。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬陶瓷的制備方法，其特征在于所述成型劑為苯乙烯-丁二烯-苯乙烯鑲段聚合物或聚乙二醇。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種Ti(C，N)基金屬陶瓷及制備方法。該金屬陶瓷各組成成份重量百分比為Ti30～65，W8～25，Ta1.0～15.0，Zr0.1～5.0，Nb0～10，Cr0～1.0，V0～5.0，Al0～1.0，Mo4.5～20，Ni3.5～15，Co4.5～15，其余成分為C和N。該金屬陶瓷是由兩種或兩種以上不同組元的多元復(fù)式碳氮化物陶瓷粉末，與Ti、W、Ta、Nb、V、Zr、Cr、Al、Mo等的碳化物粉末和/或它們之間的固溶體碳化物粉末以及金屬Co、Ni、Mo等的粉末混合，經(jīng)球磨粉碎、壓制成型、真空脫蠟和真空燒結(jié)制備而成。該金屬陶瓷在保持良好的耐磨性的基礎(chǔ)上，具有較高的強(qiáng)度和韌性，可用于切削刀具和拉絲模、壓制模等模具材料。
文檔編號(hào)C22C1/05GK1410575SQ0213979
公開日2003年4月16日 申請(qǐng)日期2002年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月2日
發(fā)明者徐智謀, 易新建, 鄭家燊, 唐宏翚, 李祥輝, 江丙武, 彭德麟 申請(qǐng)人:株洲硬質(zhì)合金集團(tuán)有限公司