一種TiCN基復(fù)合陶瓷及其制備方法技術(shù)

本申請?zhí)峁┝艘环NTiCN基復(fù)合陶瓷及其制備方法。本發(fā)明專利技術(shù)提供的TiCN基復(fù)合陶瓷由添加劑和TiCN的復(fù)合粉體燒結(jié)制得；所述添加劑為釔鋁石榴石和氧化鋁；所述添加劑與TiCN的質(zhì)量比為(5～100)：100。本發(fā)明專利技術(shù)提供的TiCN基復(fù)合陶瓷不僅具有良好的致密性，同時還具有優(yōu)異的硬度和韌性等機械性能，能夠同時兼顧致密性以及硬度和韌性。

TiCN based composite ceramic and preparation method thereof

The present invention provides a TiCN based composite ceramic and a preparation method thereof. The TiCN based composite ceramic provided by the invention is sintered by the composite powder of an additive and a TiCN; the additive is yttrium aluminum garnet and alumina; the mass ratio of the additive to the TiCN is (5~100):100. The TiCN based composite ceramic provided by the invention not only has good compactness, but also has excellent mechanical properties such as hardness and toughness, and can simultaneously take into account compactness, hardness and toughness.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種TiCN基復(fù)合陶瓷及其制備方法
本專利技術(shù)涉及陶瓷
，特別涉及一種TiCN基復(fù)合陶瓷及其制備方法。
技術(shù)介紹
碳氮化鈦(TiCN或Ti(C,N))金屬陶瓷具有低密度、耐高溫、硬度高、韌性好、耐磨性及耐腐蝕性好、抗熱震性好、強度高、能承受塑性變形等特點，且還具有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，因具有上述諸多優(yōu)異性能，其被預(yù)期成為WC硬質(zhì)合金的潛在替代品，尤其是作為切削刀具方面的應(yīng)用。近年來，陶瓷刀具已在日本、德國和美國等發(fā)達國家得到廣泛應(yīng)用，統(tǒng)計表明，TiCN基金屬陶瓷切削刀具更是占據(jù)日本刀具總份額的30％以上。因此，在日益增強的市場需求下，TiCN基金屬陶瓷的生產(chǎn)制備便具有十分重要的意義。TiCN熔點高達3200℃，需要很高的燒結(jié)溫度；而TiCN在1650℃以上時又容易發(fā)生分解脫氮現(xiàn)象，因此，TiCN難以燒結(jié)獲得致密燒結(jié)體。針對于此，一般的解決方式是，通過添加鎳、鉬、鈷和碳化鎢等金屬作為燒結(jié)助劑，來使TiCN在高溫?zé)Y(jié)下獲得致密燒結(jié)體。但是，大量金屬的引入會導(dǎo)致陶瓷體的硬度和韌性等機械明顯下降，無法使TiCN同時兼具良好的燒結(jié)致密性和硬度、韌性等機械性能。
技術(shù)實現(xiàn)思路
有鑒于此，本專利技術(shù)的目的在于提供一種TiCN基復(fù)合陶瓷及其制備方法，本專利技術(shù)提供的TiCN基復(fù)合陶瓷不僅具有良好的致密性，同時還具有優(yōu)異的硬度和韌性等機械性能。本專利技術(shù)提供了一種TiCN基復(fù)合陶瓷，所述復(fù)合陶瓷由添加劑和TiCN的復(fù)合粉體燒結(jié)制得；所述添加劑為釔鋁石榴石和氧化鋁；所述添加劑與TiCN的質(zhì)量比為(5～100)：100。優(yōu)選的，所述添加劑中，釔鋁石榴石和氧化鋁的質(zhì)量比為1：(0.5～3)。優(yōu)選的，所述復(fù)合粉體的粒度為1～5μm。本專利技術(shù)還提供了上述技術(shù)方案所述的TiCN基復(fù)合陶瓷的制備方法，包括以下步驟：a)將添加劑和TiCN的復(fù)合粉體在保護性氣氛和真空條件下，以第一升溫速率升溫至第一溫度1000～1400℃，得到一次燒結(jié)體；b)在加壓條件下，將所述一次燒結(jié)體以第二升溫速率升溫至1400～1700℃并保溫，得到TiCN基復(fù)合陶瓷；所述添加劑為釔鋁石榴石和氧化鋁；所述添加劑與TiCN的質(zhì)量比為(5～100)：100。優(yōu)選的，所述步驟a)中，所述真空條件的真空度為5～15Pa；所述第一升溫速率為5～25℃/min。優(yōu)選的，所述步驟a)具體包括：a1)將添加劑和TiCN的復(fù)合粉體在保護性氣氛下進行預(yù)壓，得到預(yù)壓體；所述預(yù)壓的壓力為2～8MPa；a2)將所述預(yù)壓體在保護性氣氛和真空條件下，以第一升溫速率升溫至第一溫度1000～1400℃，得到一次燒結(jié)體。優(yōu)選的，所述步驟a)中，在所述升溫過程中還包括抽真空處理，使升溫過程的真空度與升溫前的真空度保持一致；升溫至中間溫度時停止抽真空，并充入保護性氣體至常壓；所述中間溫度為600～1000℃，且所述中間溫度≤所述第一溫度。優(yōu)選的，所述步驟a)中，所述保護性氣氛為N2氣氛。優(yōu)選的，所述步驟b)具體包括：在0.5～1MPa/min的加壓速率條件下，將所述一次燒結(jié)體以第二升溫速率升溫，升溫至1400～1700℃時使加壓的壓力達到22～36MPa，并進行保溫保壓。優(yōu)選的，所述步驟b)中，所述第二升溫速率為5～15℃/min，所述保溫時間為0.5～1.5h。本專利技術(shù)提供了一種TiCN基復(fù)合陶瓷，由添加劑和TiCN的復(fù)合粉體燒結(jié)制得；所述添加劑為釔鋁石榴石和氧化鋁；所述添加劑與TiCN的質(zhì)量比為(5～100)：100。本專利技術(shù)提供的TiCN基復(fù)合陶瓷不僅具有良好的致密性，同時還具有優(yōu)異的硬度和韌性等機械性能，能夠同時兼顧致密性以及硬度和韌性。本專利技術(shù)還提供了一種TiCN基復(fù)合陶瓷的制備方法，包括以下步驟：a)將添加劑和TiCN的復(fù)合粉體在保護性氣氛和真空條件下，以第一升溫速率升溫至1000～1400℃，得到一次燒結(jié)體；b)在加壓條件下，將所述一次燒結(jié)體以第二升溫速率升溫至1400～1700℃并保溫，得到TiCN基復(fù)合陶瓷；所述添加劑為釔鋁石榴石和氧化鋁；所述添加劑與TiCN的質(zhì)量比為(5～100)：100。按照本專利技術(shù)的制備方法制得的產(chǎn)品能夠兼具優(yōu)異的致密性和硬度、韌性機械性能；而且，本專利技術(shù)的制備方法在低溫下即可完成TiCN的燒結(jié)，大大降低了TiCN的燒結(jié)溫度，顯著改善了TiCN的燒結(jié)性能，這在實際生產(chǎn)應(yīng)用中，大大降低了TiCN的生產(chǎn)能耗以及生產(chǎn)難度，更有利于實際大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。具體實施方式本專利技術(shù)提供了一種TiCN基復(fù)合陶瓷，所述復(fù)合陶瓷由添加劑和TiCN的復(fù)合粉體燒結(jié)制得；所述添加劑為釔鋁石榴石和氧化鋁；所述添加劑與TiCN的質(zhì)量比為(5～100)：100。本專利技術(shù)提供的TiCN基復(fù)合陶瓷，由釔鋁石榴石與氧化鋁組成的添加劑和TiCN的復(fù)合粉體燒結(jié)制得，并控制添加劑與TiCN的質(zhì)量比為(5～100)：100。所得TiCN基復(fù)合陶瓷不僅具有良好的致密性，還具有優(yōu)異的硬度和韌性等機械性能，能夠同時兼顧致密性以及硬度和韌性。本專利技術(shù)中，TiCN基復(fù)合陶瓷是由復(fù)合粉體燒結(jié)制得，所述復(fù)合粉體包括TiCN。所述TiCN的來源沒有特殊限制，為一般市售品即可。本專利技術(shù)中，形成TiCN基復(fù)合陶瓷的復(fù)合粉體還包括添加劑。所述添加劑由釔鋁石榴石和氧化鋁組成；所述添加劑來源沒有特殊限制，為一般市售品即可。本專利技術(shù)中，所述添加劑中，釔鋁石榴石與氧化鋁的質(zhì)量比優(yōu)選為1：(0.5～3)，更優(yōu)選為1：(1～1.5)，最優(yōu)選為1:1.34。本專利技術(shù)中，所述復(fù)合粉體中，添加劑與TiCN的質(zhì)量比為(5～100)：100，優(yōu)選為(7～45)：100，如在一些實施例中，可以為11:100，25:100，43:100等。本專利技術(shù)中，所述復(fù)合粉體的粒度優(yōu)選為1～5μm，更優(yōu)選為1～3μm，進一步優(yōu)選為2μm。實驗結(jié)果表明，本專利技術(shù)提供的TiCN基復(fù)合陶瓷的致密度≥99.55％，維氏硬度≥19.41GPa，韌性≥6.31MPa·m1/2，能夠同時兼顧致密性以及硬度和韌性。本專利技術(shù)還提供了上述技術(shù)方案所述TiCN基復(fù)合陶瓷的制備方法，包括以下步驟：a)將添加劑和TiCN的復(fù)合粉體在保護性氣氛和真空條件下，以第一升溫速率升溫至1000～1400℃，得到一次燒結(jié)體；b)在加壓條件下，將所述一次燒結(jié)體以第二升溫速率升溫至1400～1700℃并保溫，得到TiCN基復(fù)合陶瓷；所述添加劑為釔鋁石榴石和氧化鋁；所述添加劑與TiCN的質(zhì)量比為(5～100)：100。按照本專利技術(shù)，先將添加劑和TiCN的復(fù)合粉體在保護性氣氛和真空條件下，以第一升溫速率升溫至1000～1400℃，得到一次燒結(jié)體。本專利技術(shù)中，先提供添加劑和TiCN的復(fù)合粉體。所述添加劑和TiCN的種類、用量、來源與上述技術(shù)方案一致，在此不再贅述。本專利技術(shù)中，所述復(fù)合粉體可通過以下方式獲得：將釔鋁石榴石原料、氧化鋁原料和TiCN原料混合研磨，得到復(fù)合粉體。本專利技術(shù)中，所述混合研磨的方式優(yōu)選為球磨。本專利技術(shù)中，所述球磨中，優(yōu)選采用氧化鋯磨球，更優(yōu)選采用大號氧化鋯磨球和小號氧化鋯磨球搭配進行球磨。本專利技術(shù)中，所述大號氧化鋯磨球的直徑優(yōu)選為10mm，所述小號氧化鋯磨球的直徑優(yōu)選為5mm。本專利技術(shù)中，所述大號氧化鋯磨球與小號氧化鋯磨球的質(zhì)量比優(yōu)選為(1～3)：1，更優(yōu)選為(1.5～2.5)：1，最優(yōu)選為2:1。本專利技術(shù)中，所述球磨過程中采用的球磨試劑優(yōu)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種TiCN基復(fù)合陶瓷，其特征在于，所述復(fù)合陶瓷由添加劑和TiCN的復(fù)合粉體燒結(jié)制得；所述添加劑為釔鋁石榴石和氧化鋁；所述添加劑與TiCN的質(zhì)量比為(5～100)：100。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種TiCN基復(fù)合陶瓷，其特征在于，所述復(fù)合陶瓷由添加劑和TiCN的復(fù)合粉體燒結(jié)制得；所述添加劑為釔鋁石榴石和氧化鋁；所述添加劑與TiCN的質(zhì)量比為(5～100)：100。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合陶瓷，其特征在于，所述添加劑中，釔鋁石榴石和氧化鋁的質(zhì)量比為1：(0.5～3)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合陶瓷，其特征在于，所述復(fù)合粉體的粒度為1～5μm。4.一種權(quán)利要求1～3中任一項所述的TiCN基復(fù)合陶瓷的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：a)將添加劑和TiCN的復(fù)合粉體在保護性氣氛和真空條件下，以第一升溫速率升溫至第一溫度1000～1400℃，得到一次燒結(jié)體；b)在加壓條件下，將所述一次燒結(jié)體以第二升溫速率升溫至1400～1700℃并保溫，得到TiCN基復(fù)合陶瓷；所述添加劑為釔鋁石榴石和氧化鋁；所述添加劑與TiCN的質(zhì)量比為(5～100)：100。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述步驟a)中，所述真空條件的真空度為5～15Pa；所述第一升溫速率為5～25℃/min。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述步...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：伍尚華，任偉瑋，何福坡，
申請(專利權(quán))人：廣東工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：廣東,44