[发明专利]一种Ti纳米颗粒增强TiC-Ni系金属陶瓷的制备方法

说明书

一种Ti纳米颗粒增强TiC‑Ni系金属陶瓷的制备方法，涉及利用纳米改性和激光烧结技术制备金属陶瓷技术领域。将Ti纳米粉在无水乙醇超声分散，然后加入TiC、Ni微米粉，超声分散；一起转入到聚四氟乙烯球磨罐中，并加入WC‑Co硬质合金磨球，进行球磨混合、烘干；向混合粉体中加入汽油橡胶溶胶研磨造粒处理；混合粉加入到模具中，在压力机下进行样条压坯成形处理；将压坯放在铺有一层Al₂O₃粉体的石墨基体表面，进行激光烧结。本发明将添加的Ti纳米颗粒融入到Ni粘结相中，提高了金属粘结相Ni的强度，从而提高了TiC‑Ni系金属陶瓷的抗弯强度和断裂韧性，为制备高性能金属陶瓷刀具提供了可能。

技术领域

本发明涉及利用纳米改性和激光烧结技术制备金属陶瓷技术领域，具体是涉及一种Ti纳米颗粒增强TiC-Ni系金属陶瓷的制备方法。

背景技术

TiC-Ni金属陶瓷具有耐磨性高、化学稳定性好以及导热性良好等特点，在机械加工和模具等方面有广泛的应用。然而，由于粘结相Ni对TiC润湿性较差，很难烧结获得高强度的TiC-Ni金属陶瓷。目前，提高TiC-Ni金属陶瓷的强度主要有以下几种常用的方法。首先，利用WC和Mo₂C等高熔点化合物与TiC在高温液相烧结时发生固溶反应，在TiC晶粒周围形成(Ti,W,Mo,V,Ta,······)C一层固溶体，从而可改善TiC晶粒与Ni之间的结合强度。然而，这种方法得到的金属陶瓷晶粒通常较大，强度改善不明显。其次，采用VC,和TaC等晶粒生长抑制剂或采用TiC纳米粉体来制备细晶粒度TiC-Ni金属陶瓷，也是改善强度的一个方法。但采用TiC纳米粉体后，在相同烧结温度下，获得烧结体的致密度不高，对性能提高不明显。此外，采用对TiC润湿性较好的金属Co来替代Ni也是改善TiC基金属陶瓷性能的有效方法。然而，由于Co要比Ni昂贵，因此材料的制备成本较高，且Co毒性较大，刀具在使用过程中，因不断磨损流失的Co可能对环境造成污染。最后，通过热压、自蔓延高温烧结以及等离子体烧结等一些先进特种烧结技术来改善金属陶瓷力学性能。

近来，随着纳米科技的发展，采用纳米添加手段或技术来改善一些传统材料的性能研究已取得了一定的发展。例如，采用纳米SiC或Si₃N₄可以提高Si₃N₄陶瓷的强度和韧性；又如，Niihara报道在Al₂O₃基体中加入SiC纳米颗粒后可使材料的力学性能显著提高。同样，在Ti(C,N)基金属陶瓷制备过程中，诸如纳米碳管CNTs、SiC纳米晶须以及TiN纳米颗粒等也广泛被用于改善Ti(C,N)基金属陶瓷的力学性能。本发明采用Ti纳米颗粒添加和快速激光烧结技术来制备高性能TiC-Ni系金属陶瓷。

发明内容

本发明针对现有TiC-Ni系金属陶瓷制备技术中的局限，提供一种原理简单、烧结速度快和增强显著的Ti纳米颗粒增强TiC-Ni系金属陶瓷的制备方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种Ti纳米颗粒增强TiC-Ni系金属陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

①、将Ti纳米粉在无水乙醇超声分散，然后将TiC、Ni微米粉也加入上述分散体系中，再超声分散；

②、将上述分散后的粉体和乙醇一起转入到聚四氟乙烯球磨罐中，并加入WC-Co硬质合金磨球，之后，将其放置于球磨机上进行球磨混合，最后，将混合粉体过滤出并进行烘干处理得到干燥的混合粉体；

③、向上述干燥混合粉体中加入汽油橡胶溶胶(将天然橡胶加入到120号航空汽油中，等橡胶完全溶解后搅拌均匀形成粘稠胶后即可使用)，研磨造粒处理；

④、称取一定量造粒后的混合粉，加入到模具中，在压力机下进行样条压坯成形处理；