[发明专利]一种CNTs增韧WC复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于合金材料技术领域，具体涉及一种CNTs增韧WC复合材料及 其制备方法。

背景技术

WC-Co硬质合金，是一种常见的、重要的硬质合金种类(YG系列)，广泛 地应用于现代刀具材料、耐磨、耐腐蚀和耐高温材料领域，有现代工业的牙齿 之称。纯WC材料很难烧结致密，即使烧结致密，烧结温度也往往在2000℃以 上，如此高的烧结温度对设备本身也是一种损害，并且烧结后断裂韧性只有～4 MPa·m^1/2。Co作为WC烧结时的一种粘结相，对WC有非常好的润湿性，同时 能使WC烧结温度降低到～1400℃，烧结时Co成为液相，大大增加WC颗粒 扩散速率，使烧结致密，烧结后碳化钨复合材料通常断裂韧性在～12MPa·m^1/2。 然而，中国的Co资源极其匮乏，严重依赖进口。随着各国对一些战略性资源的 限制出口，国际Co价格上涨的动力十分强劲，Co原料的供应也存在很多不稳 定因素。同时Co作为一种粘结剂，降低了WC材料的硬度，耐腐蚀性和耐高温 性，限制了WC材料在某些极端服役环境下的应用。因此，寻找一种常见的来 源广泛的非粘结相的材料来替代Co，摆脱对国外的依赖，同时提高WC类硬质 合金的硬度和高温性能就显得非常重要。

目前在对无粘结相WC材料的研究中，常采用两种手段来提高其断裂韧性。 一是通过晶粒细化的方式，能够同时起到改善硬度和断裂韧性的效果；二是添 加陶瓷相颗粒/纤维，或者陶瓷相的相变来改善其断裂韧性。碳纳米管(CNTs) 是一种高弹性模量和高强度的一维材料。由于其优异的力学、热学和电学性能， 近年来大量应用于结构材料增韧的研究。目前在高分子材料或涂料中添加碳纳 米管进行增韧较为常见，但是在纯WC中添加这种成分，却鲜有研究报道。

发明内容

为了解决以上现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一 种CNTs增韧WC复合材料。

本发明的另一目的在于提供上述CNTs增韧WC复合材料的制备方法。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种CNTs增韧WC复合材料，由98.5～99.5wt.％的WC，0.5～1.5wt.％的 CNTs以及不可避免的微量杂质组成。

上述CNTs增韧WC复合材料的制备方法，包括以下制备步骤：

(1)将WC粉体、碳纳米管和有机溶剂置于球磨机中进行湿式球磨，制得 球磨浆料；

(2)将球磨浆料干燥除去溶剂后过筛，获得颗粒尺寸≤300μm的复合粉末；

(3)将湿磨复合粉末置于模具中烧结固化成形，得到无粘结相的CNTs增 韧WC复合材料。

优选地，步骤(1)中所述的有机溶剂为乙醇。

优选地，步骤(2)中所述的干燥是指干燥至溶剂残余质量≤1％。

优选地，步骤(3)中所述的烧结是指采用放电等离子烧结技术进行烧结； 具体烧结条件如下：

烧结电流类型为直流脉冲电流；

烧结压力：30～50MPa；

烧结气氛：低真空≤6Pa；

升温速率：50～300℃/min；

烧结温度：1650～1850℃；

保温时间：0～10min。

本发明的复合材料及制备方法具有如下优点及有益效果：

(1)本发明在纯WC中加入碳纳米管，碳纳米管可以在纯WC的烧结中起 到补充碳的作用，有效的抑制了缺碳相的出现；

(2)本发明采用粒径较细的WC粉体并添加适量碳纳米管制备了CNTs增 韧WC复合材料。细小的WC晶粒和的碳纳米管的纤维增韧机制在有助于提高 基体材料韧性的同时，同时保持基体材料本身的高硬度；

(3)本发明制备的WC复合材料是一种由CNTs增韧的不含有任何金属粘 结相的WC复合材料，它具有很高的硬度、耐磨性、抗氧化性能以及较好的韧 性，适合作为刀具材料或者模具材料；

(4)本发明制备的WC复合材料不含有Co，与传统WC-Co硬质合金相比， 它不仅可以降低成本，还可以节约稀缺而且具战略性的Co资源，更为重要的是， 本发明所使用的碳纳米管已经较好的商业化，来源广泛。

附图说明

图1为实施例1所得CNTs增韧WC复合材料的XRD谱图。

具体实施方式