【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及粉末冶金領域，具體的說是一種放電等離子燒結制備梯度mwcnts-ti(c,n)基金屬陶瓷的方法。
技術介紹
1、碳化鎢硬質合金具有優異的力學性能，如高硬度、高強度等，因此廣泛應用在切削刀具、石油采礦等領域。然而，碳化鎢硬質合金的性能在高溫下表現出明顯的退化，這限制了其在高溫下加工中的應用。同時，鎢也被視為戰略資源，且鈦的儲量是鎢的幾十倍，因此ti(c,n)基金屬陶瓷被視為是wc硬質合金的理想替代品。然而，相比碳化鎢基硬質合金，ti(c,n)基金屬陶瓷的斷裂韌性低，只有6-9mpa·m1/2，而碳化鎢基硬質合金的斷裂韌性為9-16mpa·m1/2，這大大限制了ti(c,n)基金屬陶瓷的應用。
2、ti(c,n)基金屬陶瓷韌性較差的主要原因是，ti(c,n)基金屬陶瓷中硬相和金屬結合相的潤濕性較差，導致其強度和韌性不如wc硬質合金。為了提高上述潤濕性，增強ti(c,n)基金屬陶瓷的斷裂韌性，現有技術中多采用wc、mo2c等碳化物作為添加劑的方式，這些碳化物的添加在一定程度上改善金屬相與ti(c,n)晶粒之間的潤濕性，阻礙晶粒生長，提高了ti(c,n)基金屬陶瓷的致密性和力學性能；除了這些碳化物外，納米材料也常被用作增強和增韌材料使用，例如多壁碳納米管、石墨烯等。
3、添加增強增韌材料后，所制得的金屬陶瓷雖然總體硬度和斷裂韌性得到了一定程度的提高，但是該金屬陶瓷的微觀結構不均勻，不同位置的斷裂韌性差別較大，依然限制了ti(c,n)基金屬陶瓷的廣泛應用。
技術實現思路b>
1、本專利技術提供一種放電等離子燒結制備梯度mwcnts-ti(c,n)基金屬陶瓷的方法，以解決金屬陶瓷微觀結構不均勻，不同位置的斷裂韌性差別較大的技術問題。
2、為了實現上述目的，本專利技術采用的具體方案為：一種放電等離子燒結制備梯度mwcnts-ti(c,n)基金屬陶瓷的方法，包括以下步驟：
3、s1：制備n種由碳氮化鈦、碳化鎢、鈷、碳化鉬和多壁碳納米管組成的混合粉末，n≧3，且n種混合粉末中多壁碳納米管的質量百分比呈梯度變化；
4、s2：按照多壁碳納米管的變化梯度逐層鋪設混合粉末，將得到的n層混合粉末預壓成型得到金屬陶瓷坯體；
5、s3：由金屬陶瓷坯體中多壁碳納米管含量最低的一側施加電流，對金屬陶瓷坯體進行放電等離子燒結，即得到所述的梯度mwcnts-ti(c,n)基金屬陶瓷。
6、作為上述技術方案的進一步優化：按照質量百分比，混合粉末由64.2-65％碳氮化鈦、22.4-23.2％碳化鎢、8％鈷、3.6-4.4％碳化鉬和0.2-0.6％多壁碳納米管組成。
7、作為上述技術方案的進一步優化：多壁碳納米管的變化梯度為0.1％或0.2％。
8、作為上述技術方案的進一步優化：n層混合粉末中每層混合粉末的厚度相同。
9、作為上述技術方案的進一步優化：放電等離子燒結的升溫速率為60-100℃/min，燒結溫度為1350-1500℃，保溫時間為12-18min，燒結壓力為30-45mpa。
10、作為上述技術方案的進一步優化：步驟s1具體為：取碳氮化鈦、碳化鎢、鈷、碳化鉬和多壁碳納米管作為原料，以無水乙醇為球磨介質，球磨混合、干燥，得到所述的混合粉末。
11、作為上述技術方案的進一步優化：各原料尺寸分別為：碳氮化鈦：0.62μm，碳化鎢：200nm，鈷：50nm，碳化鉬1-3μm，多壁碳納米管長度0.5-2μm，直徑＜8nm。
12、作為上述技術方案的進一步優化：球磨混合的球磨機為高能球磨機、行星式球磨機或硬質合金球磨罐。
13、作為上述技術方案的進一步優化：球磨混合的時間為20-24h，球磨后干燥溫度65-75℃，干燥時間為12-16h。
14、一種由上述方法制備得到的梯度mwcnts-ti(c,n)基金屬陶瓷。
15、與現有技術相比，本專利技術有如下有益效果：
16、本專利技術通過放電等離子燒結制備金屬陶瓷，按照梯度路徑逐層增加多壁碳納米管的含量，優化了合金微觀結構，所得金屬陶瓷的微觀結構均勻度高，不同位置的斷裂韌性、硬度均較為接近，合金性能優越，且相較于直接在原料中加入多壁碳納米管的添加方式，本專利技術還進一步提高了所得金屬陶瓷的斷裂韌性和硬度。
17、通過設置逐層增加多壁碳納米管含量的多層梯度，逐層增強裂紋擴展阻力，有效消耗裂紋的尖端能量，抑制裂紋向內部擴展，從而增大樣品的斷裂韌性，延長使用壽命。
18、按照含量設置多層多壁碳納米管梯度，增強層與層的結合強度，同時通過多層梯度降低放電等離子燒結過程所需脈沖電流，增大升溫速率，提高生產效率，降低生產成本。
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1.一種放電等離子燒結制備梯度MWCNTs-Ti(C,N)基金屬陶瓷的方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.如權利要求1所述的一種放電等離子燒結制備梯度MWCNTs-Ti(C,N)基金屬陶瓷的方法，其特征在于：按照質量百分比，混合粉末由64.2-65％碳氮化鈦、22.4-23.2％碳化鎢、8％鈷、3.6-4.4％碳化鉬和0.2-0.6％多壁碳納米管組成。
3.如權利要求1所述的一種放電等離子燒結制備梯度MWCNTs-Ti(C,N)基金屬陶瓷的方法，其特征在于：多壁碳納米管的變化梯度為0.1％或0.2％。
4.如權利要求1所述的一種放電等離子燒結制備梯度MWCNTs-Ti(C,N)基金屬陶瓷的方法，其特征在于：N層混合粉末中每層混合粉末的厚度相同。
5.如權利要求1所述的一種放電等離子燒結制備梯度MWCNTs-Ti(C,N)基金屬陶瓷的方法，其特征在于：放電等離子燒結的升溫速率為60-100℃/min，燒結溫度為1350-1500℃，保溫時間為12-18min，燒結壓力為30-45Mpa。
6.如權利要求1所述的一種放電等
7.如權利要求6所述的一種放電等離子燒結制備梯度MWCNTs-Ti(C,N)基金屬陶瓷的方法，其特征在于：各原料尺寸分別為：碳氮化鈦：0.62μm，碳化鎢：200nm，鈷：50nm，碳化鉬1-3μm，多壁碳納米管長度0.5-2μm，直徑＜8nm。
8.如權利要求6所述的一種放電等離子燒結制備梯度MWCNTs-Ti(C,N)基金屬陶瓷的方法，其特征在于：球磨混合的球磨機為高能球磨機、行星式球磨機或硬質合金球磨罐。
9.如權利要求6所述的一種放電等離子燒結制備梯度MWCNTs-Ti(C,N)基金屬陶瓷的方法，其特征在于：球磨混合的時間為20-24h，球磨后干燥溫度65-75℃，干燥時間為12-16h。
10.一種由權利要求1-9中任一權利要求所述方法得到的梯度MWCNTs-Ti(C,N)基金屬陶瓷。
...【技術特征摘要】
1.一種放電等離子燒結制備梯度mwcnts-ti(c,n)基金屬陶瓷的方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.如權利要求1所述的一種放電等離子燒結制備梯度mwcnts-ti(c,n)基金屬陶瓷的方法，其特征在于：按照質量百分比，混合粉末由64.2-65％碳氮化鈦、22.4-23.2％碳化鎢、8％鈷、3.6-4.4％碳化鉬和0.2-0.6％多壁碳納米管組成。
3.如權利要求1所述的一種放電等離子燒結制備梯度mwcnts-ti(c,n)基金屬陶瓷的方法，其特征在于：多壁碳納米管的變化梯度為0.1％或0.2％。
4.如權利要求1所述的一種放電等離子燒結制備梯度mwcnts-ti(c,n)基金屬陶瓷的方法，其特征在于：n層混合粉末中每層混合粉末的厚度相同。
5.如權利要求1所述的一種放電等離子燒結制備梯度mwcnts-ti(c,n)基金屬陶瓷的方法，其特征在于：放電等離子燒結的升溫速率為60-100℃/min，燒結溫度為1350-1500℃，保溫時間為12-18min，燒結壓力為30-45mpa。
6.如權利要求...
【專利技術屬性】
技術研發人員：趙志偉，劉家穎，胡秋俊，賈雲超，段磊，陳倩倩，陳雪霞，鄭紅娟，
申請(專利權)人：河南工業大學，
類型：發明
國別省市：
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