[发明专利]热压烧结TiB2-Ti(C,N)陶瓷材料及其制备方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及新材料技术领域，尤其是热压烧结TiB₂-Ti(C，N)陶瓷材料及其制备方法。

二、背景技术

通过多元复合的方法可以提高TiB₂基陶瓷材料的烧结性能，降低其烧结温度，使其在较低的温度下可以达到致密化，并且适当的材料组分、晶粒生长抑制剂和烧结工艺可以使晶粒细化，进而提高材料的力学性能。TiB₂陶瓷具有高熔点(3225℃)、高弹性模量(529GPa)和高硬度(约32GPa)、化学稳定性好、耐腐蚀性好，是一种典型的耐高温结构陶瓷，但其断裂韧度及抗弯强度低，使其应用受到了极大的限制。目前通过加入添加相，采用多元复合的方法来提高材料的性能，虽然材料性能有了一定的提高，但还远远无法满足现代制造业的发展对高强、高硬、高韧性的刀具材料及工具、模具材料的要求。

当前，TiB₂基陶瓷材料的制备方法有：原位反应合成法、自蔓延高温合成技术、无压烧结和爆炸烧结等。传统制备工艺存在制备设备与工艺复杂，成本高，不利于产业化等不足之处。

三、发明内容

本发明的目的在于克服目前TiB₂基陶瓷材料和制备方法存在的缺陷，通过向基体中添加Ti(C，N)及金属相的方法，大幅度提高其综合性能，提供质量优良、工艺简单、成本低廉的TiB₂-Ti(C，N)陶瓷材料及制备方法。

本发明的基本构思是将TiB₂、Ti(C，N)、Ni、Mo粉末按照一定的质量比例混合，采用真空热压烧结法，在合适的升温速率、压力、生长温度和保温时间下，合成系列TiB₂-Ti(C，N)陶瓷材料。

制备TiB₂-Ti(C，N)的混合粉的成分质量比为：TiB₂ 43.0％-71.4％；Ti(C，N) 10.2％-39.2％；Ni 11.0％-11.4％；Mo 6.8％-7.0％。

制备TiB₂-Ti(C，N)的工艺路线为：(1)将按比例配制的TiB₂、Ti(C，N)、Ni、Mo混合粉末装入缸式球磨机中，用硬质合金球磨24小时和用100目筛过筛；(2)将过筛后的配料装入上下封闭的石墨模具，再放入高温烧结炉内；(3)在升温速率70℃/min、压力32MPa、温度1600℃、保温60min条件下制备成TiB₂-Ti(C，N)陶瓷材料。

其合成的陶瓷材料的纯度高，TiB₂与Ti(C，N)晶粒较细小，晶界结合紧密致密，没有长棒状晶粒产生。Ti(C，N)晶粒的尺寸为0.5μm以内，TiB₂晶粒的尺寸介于1μm-3μm。合成的陶瓷材料的抗弯强度为867.55-1019.53MPa，断裂韧度为6.25-6.89MPa.m0.5，硬度为22.80-23.65GPa。本发明为现代加工制造业提供了一种性能优良的刀具和工具材料。

本发明构思新颖，所制备的陶瓷材料强度和硬度高，韧性好，质量优良，能满足现代加工工艺对刀具、工具和模具材料的性能要求；加工工艺及设备简单，成本低，易于产业化。

四、附图说明

图1为热压烧结法制备的陶瓷材料TiB₂-Ti(C，N)的扫描电镜照片。

五、实施例：

按实施例附表中所列的组成成份，将混合粉末装入缸式球磨机中，用硬质合金球磨24小时和用100目筛过筛后，装入上下封闭的石墨模具中，在升温速率70℃/min、压力32MPa、温度1600℃、保温60min条件下制备而成。

实施例附表