[发明专利]碳化钨复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于复合材料技术领域，涉及一种碳化钨复合材料，碳化钨复合材料为四元复合烧结材料，为等摩尔或非等摩尔复合材料，包括WC、NbC、VC和TiCx，其中，0.4≤x≤0.9，四种碳化物均为100nm。球磨后的碳化物粉末混合均匀后装填入石墨磨具中，进行放电等离子烧结，烧结压力30‑50MPa，烧结温度1400‑1800℃，保温10‑30min，制得碳化钨复合材料。本发明制备的碳化钨复合材料具有在较低的烧结温度下，得到致密性较好的烧结体，且烧结体具有较高的硬度与韧性，从而解决了过渡族碳化物较难烧结的问题。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，涉及一种碳化钨复合材料及其制备方法。

背景技术

享有“工业牙齿”之称的WC-Co硬质合金，因其高硬度、高强度及高耐磨性等特性而被广泛的应用于机械加工、地质钻探、矿山开采、建筑工程、模具、耐磨结构件等领域。近年来，随着对传统硬质合金认识的深入以及各工程领域对材料性能需求的提高，人们对硬质合金提出了更高的要求。无论是传统的还是超细及纳米晶WC基硬质合金，均是由金属相结合并由金属相提供足够的断裂韧性。然而，也正是因为金属相粘结相的存在使金属陶瓷的性能受到限制，并妨碍了其在高温、高速及强腐蚀环境中的应用。这是因为高温下金属相粘结相因软化而被挤出是WC基硬质合金磨损的主要原因之一，而大量有关WC基硬质合金失效机理的研究发现，WC基硬质合金的磨损和失效往往开始于较软的金属相。此外，由于金属相抗腐蚀和抗氧化的能力相对于WC较差，在恶劣环境中金属相优先被腐蚀和氧化，也是WC基硬质合金常见的失效原因之一。因此，如何在不显著降低断裂韧性的条件下，降低金属粘结剂的用量，甚至开发一种不包含金属粘结相完全由陶瓷相结合的新型WC基硬质合金成为了一个新的研究热点，而就其本质而言这种无金属粘结相WC基硬质合金更应被称为WC基金属陶瓷复合材料。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明以非化学计量比TiCx中的空位来降低烧结温度，从而促进烧结，在此基础上和碳化钨及其他过渡族难熔碳化物复合烧结形成碳化钨复合材料，成功克服硬质合金的高温软化导致性能失效的缺陷。

本发明是这样实现的：

一种碳化钨复合材料，碳化钨复合材料为四元复合烧结材料，为等摩尔或非等摩尔复合材料，包括WC、NbC、VC和TiCx，其中，0.4≤x≤0.9，四种碳化物均为100～200nm。

优选地，所述碳化钨复合材料为等摩尔复合材料时，WC、NbC、VC和TiCx的体积百分比分别为25％、27.5％、23.3％和24.2％。

优选地，所述碳化钨复合材料为非等摩尔复合材料时，WC、NbC、VC和TiCx的摩尔比分别为60％、13.3％、13.3％和13.3％，体积百分比分别为60％、14.7％、12.4％和12.9％。

一种前述的碳化钨复合材料的制备方法，其包括以下步骤：

S1、在预设摩尔比的碳化钛粉末和钛粉组成的原料粉末中加入分散剂后进行球磨，球料比为20:1，转速为600r/min，球磨21～40h，制得100nm的TiCx；

S2、将WC、NbC和VC粉末进行球磨混料，球料比为10:1，球磨10h后得到100nm的WC、NbC和VC的混合物；

S3、将步骤S1得到的TiCx与WC、NbC和VC的混合物混料，球磨后填入磨具中进行放电等离子烧结，烧结压力为30-50MPa，烧结温度1400-1800℃，保温时间10-30min，降温时充入保护气体冷却，制得碳化钨复合材料。

优选地，所述碳化钛粉末与钛粉的摩尔比为4:6，5:5，6:4，7:3，8:2，9:1。

优选地，所述碳化钛粉末的纯度为99.5％。

优选地，所述钛粉的纯度为99.5％。