[发明专利]自生氮化硅晶须增韧碳化钨复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳化钨（WC）材料及其制备方法，具体是指自生氮化硅（β-Si₃N₄）晶须增韧碳化钨复合材料及其制备方法。

背景技术

传统的硬质合金是由硬质WC相和低熔点金属类粘结相组成，其中WC具有极高的硬度和优异的抗氧化性和耐腐蚀性，而金属类粘结剂的加入不可避免地会削弱合金的硬度、耐磨损、抗氧化和耐腐蚀等性能，另外还很有可能会使合金的耐磨性下降，特别是在高温下金属粘结相易软化和氧化等特性，均会使得WC硬质合金容易出现过快失效，从而限制了WC硬质合金的应用范围。为此，本领域研究者一直为摆脱金属粘结剂的局限而努力。另外，传统硬质合金体系中最常见的是WC-Co合金，而Co资源的稀缺性以及其战略地位均要求WC硬质合金应尽可能减少或避免Co作为粘结相。

中国专利200410068022.8公开了一种超细纯碳化钨的烧结方法，该方法是利用放电等离子烧结技术制备不含任何粘结相的纯WC材料，获得的致密纯WC材料有着极高的硬度和优异的耐磨性，但由于其断裂韧性明显偏低，严重阻碍了该材料的应用。WC的化学键主要为共价键，有着陶瓷材料的固有脆性。长期以来，利用传统陶瓷材料的强韧化方法（如晶须强韧化）对WC进行增韧的研究一直严重落后于WC-Co的研究，而鲜有报导。在一般陶瓷材料中，通过外加晶须对材料进行强韧化处理，可以有效地提高材料的强度和韧性，但是这种外加晶须的方法往往存在着晶须容易相互缠绕、团聚，难以分散等问题,而且操作人员直接接触晶须可能带来健康危害,使得其可操作性大大降低。中国专利200610011114.1提出了一种原位自生β-Si₃N₄晶须增韧Si₃N₄基陶瓷以及一种利用α-Si₃N₄颗粒在高温下向β-Si₃N₄转变从而在基体内原位生成β-Si₃N₄晶须的方法。这种原位生成晶须的方法不仅可增韧陶瓷基体，而且可以很好地解决通常外加陶瓷晶须时遇到的晶须容易相互缠绕、团聚，难以分散等问题,同时也避免了操作人员直接接触晶须所可能带来的健康危害。但这种方法目前只限用于Al₂O₃基和Si₃N₄基等少数几种材料中，其应用还有待进一步开发研究。

在不添加金属粘结剂的前提下，进一步提高WC材料的韧性又尽可能地利用纯WC的高硬度特点，是本领域技术研发的热点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种不含金属粘结相的由自生氮化硅晶须增韧的碳化钨复合材料。

本发明的另一个目的在于提供一种自生氮化硅晶须增韧的碳化钨复合材料的制备方法。

本发明的目的可以通过如下措施来实现：

自生氮化硅晶须增韧碳化钨复合材料，其特征在于：所述碳化钨复合材料含氮化硅晶须、氧化钇与氧化铝添加剂，其余为碳化钨以及不可避免的杂质相；所述氮化硅晶须为原位自生β-Si₃N₄晶须，其质量百分比为3.7～18.6％；所述氧化钇添加剂的质量百分比为0.1～1.2％；所述氧化铝添加剂的质量百分比为0.1～1.2％。

所述原位自生β-Si₃N₄晶须的长径比≥3。

自生氮化硅晶须增韧碳化钨复合材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括如下步骤及工艺条件：

步骤一：备料

将WC、α-Si₃N₄、Al₂O₃、Y₂O₃粉末按下述质量百分比配比原料粉末：WC 80～95％，α-Si₃N₄4.6～18.6％，Y₂O₃0.1～1.2％，Al₂O₃0.1～1.2％，其中Y₂O₃+Al₂O₃≥0.4％，其余为不可避免的微量杂质；

步骤二：粉末混合

将上述原料粉末置于有机或无机溶剂中进行湿式低能球磨，制得混合浆料；

步骤三：粉末干燥与过筛