[发明专利]Ti(C,N)基金属陶瓷及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及合金材料的技术领域，具体说是一种具有低密度和高硬度，且生产成本低廉的Ti(C，N)基金属陶瓷及其应用。 

背景技术

金属陶瓷的发展至今主要经历三个过程：一、1929年德国发明了TiC-Ni基金属陶瓷，虽然有优良的高温力学性能和低密度的特点，但是由于Ni对TiC颗粒的润湿性差，TiC颗粒易聚集长大，材料强度和韧性较差；二、1956年美国福特公司发明了TiC-Mo₂C-Ni金属陶瓷，金属陶瓷强度得到提高；三、1971年维也纳工业大学发现了在TiC-Mo₂C-Ni金属陶瓷中加入TiN，可以进一步细化硬质相颗粒，抗高温蠕变能力，红硬性，室温强韧性都有提高。 

但是随着TiN的引入，在烧结过程中产生脱氮现象，增大了材料的孔隙率，脱氮造成的总效应是降低可烧结性和强度。 

近些年来，科研人员进行了大量的研究，通过对材料制备中的组份设计，反应机理的研究，制造方法和加工工艺的优化，希望能够同时提高材料的硬度和抗弯强度，使其综合性能能够满足工业生产的需求，但是，通过国内金属陶瓷产品的使用范围和比例，其产业发展还处在初期阶段，性能还需要改进提高。随着对纳米材料的逐步认识，利用纳米粉制备纳米Ti(C，N)基金属陶瓷的研究越来越多，但是至今还不能制备非常致密化的Ti(C，N)基金属陶瓷，其制备过程有许多问题需要解决，另外纳米陶瓷粉的制备成本非常高，因此开发新的适于纳米Ti(C，N)基金属陶瓷的烧结方法烧结工艺以及制备纳米混合粉的工艺方法将成为但前的研究重点。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种具有低密度和高硬度，且生产成本低廉的Ti(C，N)基金属陶瓷及其应用。 

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是： 

本发明的Ti(C，N)基金属陶瓷，由陶瓷相和粘结相构成，所述金属陶瓷中各组成元素的质量百分比为： 

本发明还包括Ti(C，N)基金属陶瓷在切削刀具中的应用。 

本发明具有的优点和积极效果是： 

本发明的Ti(C，N)基金属陶瓷在制备中同时加入稀土元素Y和AlN，通过稀土元素Y与烧结体中的杂质形成难溶化合物并分布在Ti(C，N)/Ni相界面上，一方面对相界面的起到了净化作用，使相界面的结合强度得到增强，使硬质相颗粒得到细化，另一方面可减少孔隙的存在，提高材料的致密度，有利于材料强韧性的提高。而在Ti(C，N)基金属陶瓷中加入AlN，会在粘结相中形成r’相即Ni₃(Al，Ti)，使Ti(C，N)基金属陶瓷的粘结相得到强化，从而提高金属陶瓷的硬度和强度。利用本发明的Ti(C，N)基金属陶瓷生产出的切削刀具，具有低密度，高硬度，对钢的摩擦系数小，切削时粘结磨损和扩散磨损小，红硬性好的优点。该Ti(C，N)基金属陶瓷中主要成分是TiC，对国家战略资源W的消耗量少，并且不含Co(中国贫Co，储量不足全球的1％)。Ti(C，N)基金属陶瓷的密度小(7g/cm³左右)，主要成分的粉末市场价格低，所以原材料成本低，生产过程中，不需要高端设备及复杂的工艺流程，生产运行成本远低于硬质合金材料。 

具体实施方式

以下通过实施例对本发明进行详细的说明。 

本发明的Ti(C，N)基金属陶瓷，由陶瓷相和粘结相构成。 

如表1中所示，不同实施例中金属陶瓷中各组成元素的质量百分比为： 

表1金属陶瓷中各组成元素的质量百分比(wt％)