[发明专利]包含固 -液粉体的混合粉体及使用该混合粉的烧结体，包含固 -液粉体的混合金属陶瓷粉及使用该混合金属陶瓷粉的金属陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种陶瓷粉、烧结该陶瓷粉得到的陶瓷、金属陶瓷粉、 烧结该金属陶瓷粉得到的的金属陶瓷，及其制备方法。更具体地说， 本发明涉及一种陶瓷粉、烧结该陶瓷粉得到的陶瓷、金属陶瓷粉、烧 结该金属陶瓷粉得到的的金属陶瓷，及其制备方法，其改善了一般机 械性能，特别是韧性和硬度，因此，可应用于高速切削工具所用的材 料和包括机械制造业和汽车业的机械工业所用的模具中。

背景技术

在通篇说明书中，纳米级是指500nm或更小的范围，超微细级 是指介于500nm和1μm之间的范围，微米级是指1μm或更大的 范围。

作为切削刀具或耐磨工具使用的主要材料，其必然用于金属切 削和机械行业的其他工艺，可使用碳化钨基硬质合金，各种碳化钛 或钛合金（C,N）基金属陶瓷，其他陶瓷或高速钢。通常，金属陶瓷 是陶瓷-金属复合烧结体，其包括硬质相如TiC和Ti(C,N)，和粘结 相如镍，钴和铁作为主要成分。此外，金属陶瓷还包括添加剂如周 期表中的第IVb、Vb、和VIb金属的碳化物、氮化物和碳氮化物。 也就是说，金属陶瓷以下述方式制造:将硬质金属陶瓷粉与用于粘 结硬质金属陶瓷粉的基体相金属粉混合在一起，然后将该混合物在 真空、氮或氢环境中烧结。在这里，硬质金属陶瓷粉体包括WC、 NbC、TaC、M_O2C等等，此外还有TiC和Ti(C,N)，基体相金属包括 钴，镍等。

TiC和Ti(C,N)是极好的高强度材料，已被广泛应用于各个领域。 特别是，因为TiC有很高的维氏硬度，为3200kg/m²，非常高的熔 点，为3,150℃至3,250℃，相对有利的抗氧化特性，高达700℃，和 其他优良特性，如高耐磨性、高耐腐蚀性、良好的电子辐射和轻结 露特性，TiC和Ti(C,N)已被广泛应用于高速切削工具以替代WC-Co 合金。

然而，在利用TiC制备金属陶瓷时，可在烧结工序中使用粘结 相金属例如Ni作为液态金属。在这种情况下，由于TiC比WC-Co 合金拥有更大的润湿角，碳化钛颗粒迅速增长，导致TiC的韧性降 低。尽管如此，在1956年福特汽车公司首次大量制备的TiC-M_O2C-Ni 金属陶瓷，并没有增强韧性，但被用作制造精密加工使用的高硬度 工具的材料，尤其是半精加工和精加工。

在20世纪60年代和70年代，为解决TiC-Ni金属陶瓷体系的 一大弱点-提高韧性，人们通过向其中加入各种元素，进行了大量尝 试；然而，这些尝试并没有带来任何显著的进展。

在20世纪70年代，人们采用了一种形成Ti(C,N)的方法，其通 过向TiC中加入TiN而具有热动学更稳定相，在一定程度上提高了韧 性。这是因为Ti(C,N)比TiC具有更精细的显微结构，改善了Ti（C,N） 的韧性。此外，Ti(C,N)有利于改善化学稳定性、耐机械冲击。为提高 韧性，使用了一些碳化物作为添加剂，如WC、M_O2C、TaC、NbC等， 以Ti(C,N)-M₁C-M₂C-...-Ni/Co形式存在的新产品目前甚至正在商品 化。

当使用添加的碳化物改善韧性时，可以看到，一般微观结构的T iC或Ti(C,N)基金属陶瓷的核心/边缘结构中，一种粘结相金属，如 镍和钴环绕着硬质相核心/边缘结构。在烧结过程中，核心/边缘结构 的核心相对应的TiC或Ti(C,N)在液化金属粘结剂（例如镍，钴等） 中不熔，从而使其具有高硬度。反之，围绕核心的边缘对应着介于 核心元素(即TiC或Ti(C,N)和添加的碳化物之间的固-溶液（表示(Ti, M₁,M₂...(C,N)），其具有高韧性，而非高硬度。因此，通过采用 围绕核心的边缘微观结构，具有核心/边缘结构的金属陶瓷在一定程 度上解决了韧性问题，该问题是简单的金属陶瓷体系例如TiC-Ni 和Ti(C,N)-Ni的一个主要缺点。

发明内容

[技术问题]

在相关的现有金属陶瓷中，核心/边缘结构中的边缘相的体积分 数较低，以致相关技术的金属陶瓷比同类WC-Co硬质金属的韧性更 低。因此，日本工具制造商例如Sumitomo、Kyocera以及欧洲和美 国的科研人员进行了不懈的努力，以开发一种韧性改善的金属陶瓷， 该陶瓷的核心/边缘结构不存在或者减少到最低限度。