阅读说明：本技术 一种岛状结构硬化高韧性碳氮化钛基金属陶瓷及其制备方法 (Island-shaped structure hardened high-toughness titanium carbonitride base metal ceramic and preparation method thereof ) 是由 康希越 贺跃辉 吝楠 张鹛媚 于 2019-08-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种岛状结构硬化高韧性碳氮化钛基金属陶瓷及其制备方法,所述氮化钛基金属陶瓷由低粘结相金属陶瓷颗粒与高粘结相金属陶瓷颗粒两种组份烧结制成,两种组份的质量百分比为：低粘结相金属陶瓷颗粒：10～50％,高粘结相金属陶瓷颗粒：50～90％。本发明所提供方案中,以低粘结相金属陶瓷颗粒作为硬化相,通过烧结,形成岛状结构分散于高韧性的金属陶瓷基体中硬化金属陶瓷基体,同时由于两种金属陶瓷颗粒均含有粘结相,但是存在高低浓度差,在烧结过程中,粘结相从高粘结相区域向低粘结相区域扩散,在硬化基体的同时保持着良好的界面关系,从而在达到硬化目的的同时保持较高的韧性。(The invention discloses an island-shaped structure hardened high-toughness titanium carbonitride-based cermet and a preparation method thereof, wherein the titanium nitride-based cermet is prepared by sintering two components, namely low-bonding-phase cermet particles and high-bonding-phase cermet particles, and the two components comprise the following components in percentage by mass: low binder phase cermet particles: 10-50%, high-binder phase cermet particles: 50-90%. In the scheme provided by the invention, the low-binder phase metal ceramic particles are used as a hardening phase, an island structure is formed by sintering and dispersed in a high-toughness metal ceramic matrix to harden the metal ceramic matrix, and simultaneously, because both the metal ceramic particles contain the binder phase and have high and low concentration difference, the binder phase diffuses from a high-binder phase region to a low-binder phase region in the sintering process, and a good interface relation is kept while the matrix is hardened, so that the high toughness is kept while the hardening purpose is achieved.)

一种岛状结构硬化高韧性碳氮化钛基金属陶瓷及其制备方法

技术领域

本发明属于金属陶瓷材料制备技术领域，涉及一种高硬度、高韧性的碳氮化钛基金属陶瓷，尤其涉及一种岛状结构硬化高韧性碳氮化钛基金属陶瓷及其制备方法。

背景技术

碳氮化钛基金属陶瓷是一种新型的硬质材料，由于其具有高的强度和硬度、优秀的热硬性、低的摩擦系数、出色的高温稳定性及杰出的耐磨性，被广泛运用于刀具及耐磨结构件等领域。在日本加工行业中，金属陶瓷刀具的使用量达到了总量的百分之三十五以上，欧美国家中的使用量也高达百分之二十以上，使用范围也从最开始的车刀铣刀扩张到钻头及其他工具。与传统刀具材料高速钢及硬质合金对比，碳氮化钛基金属陶瓷刀具有更优秀的高温硬度及高温化学稳定性，加之低的摩擦系数，金属陶瓷刀具在切削过程中有着杰出的抗粘刀能力，能够长时间保持锋利，被加工材料表面光洁度更高，因此其在高速切削、铣削及精加工方面有着更出色的表现。

碳氮化钛基金属陶瓷是一种非均质的复合材料，主要由碳化物硬质相及金属粘结相组成。碳化物硬质相提供了高的硬度及耐磨性能，金属粘结相则将硬质相粘连起来，给材料提供了良好的强度及韧性，因此粘结相及硬质相的比例及两相间的界面结合强度对碳氮化钛基金属陶瓷性能有着巨大的影响。在粘结相所占比例较高时，材料有着较好的强度及韧性，而高温硬度及耐磨性能较低，在使用过程中迅速磨损；而在粘结相所占比例较低时，材料有着较高的硬度及耐磨性能，但低含量的粘结相无法完全润湿过多的碳化物硬质相，韧性出现下降，甚至出现孔隙，所制备的刀具材料在强冲击的工作状况下极易崩缺，无法正常使用。因此，在常规碳氮化钛基金属陶瓷的制备中，材料难以同时获得高的硬度及韧性。

随着现代工业水平的逐渐提升，高精度高切削速度的工况对加工材料的要求愈加严苛，世界各国一直把研发硬度与韧性兼备的金属陶瓷以满足高速高效切削作为金属陶瓷及机加工行业领域的研发重点。

发明内容

针对现有技术中金属陶瓷无法同时得到高硬度和高韧性的问题，本发明的目的在于提出一种岛状结构硬化高韧性碳氮化钛基金属陶瓷及其制备方法。该材料通过一定粒度范围的较大低粘结相金属陶瓷颗粒，以岛状结构形式分散于具有高韧性的高粘结相金属陶瓷基体中，以达到硬化金属陶瓷的目的。岛状结构是指一定粒径范围的高硬度低粘结相颗粒，单个孤立地弥散分布在基体中，在硬质相添加的同时能够保持较高的界面结合强度，从而保持较高的强韧性,最终能够获得同时具有高硬度及高韧性的碳氮化钛基金属陶瓷产品。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:

本发明一种岛状结构硬化高韧性碳氮化钛基金属陶瓷，所述氮化钛基金属陶瓷由低粘结相金属陶瓷颗粒与高粘结相金属陶瓷颗粒两种组份烧结制成，两种组份的质量百分比为：低粘结相金属陶瓷颗粒：10～50％，高粘结相金属陶瓷颗粒：50～90％；所述低粘结相金属陶瓷颗粒中，粘结相A的质量分数为5～14％；所述高粘结相金属陶瓷颗粒中，粘结相B的质量分数为15～25％。

本发明所提供的碳氮化钛基金属陶瓷，由低粘结相金属陶瓷颗粒与高粘结相金属陶瓷颗粒烧结制成，以大尺度的低粘结相金属陶瓷颗粒作为硬化相，通过烧结，形成岛状结构孤立的弥散于高韧性的金属陶瓷基体中硬化金属陶瓷基体，而由于两种金属陶瓷颗粒均含有粘结相，但是存在高低浓度差，在烧结过程中，粘结相从高粘结相区域向低粘结相区域扩散，在硬化基体的同时保持着良好的界面关系，从而在达到硬化目的的同时保持较高的韧性。

发明人发现，必须按本发明的思路，以低粘结相金属陶瓷颗粒作为硬化相(即加入量相对较少量)对高粘相金属陶瓷基本进行硬化，才最终能获得高硬度、高韧性的金属陶瓷；而如果以高粘相金属陶瓷颗粒作为增韧相来(即加入量相对较少量)对低粘结相金属陶瓷进行增韧，由于烧结过程中没有足够的粘结相进行充分的扩散，强度及韧性均较低，而无法取得好的使用效果。

同时对低粘结相颗粒的粒径范围及含量均对材料的性能具有较大的影响，当低粘结相颗粒过大或含量过高，会导致高硬度相联结，无法均匀孤立地分布，导致材料韧性迅速下降；而当低粘结相颗粒过小或含量过低时，颗粒过小在烧结过程中由于粘结相扩散，无法保持高硬度颗粒存在，而含量过低时强化效果不明显。

优选的方案，所述低粘结相金属陶瓷颗粒的平均粒径为30～200μm。

作为进一步的优选，所述低粘结相金属陶瓷颗粒的平均粒径为30～100μm。

可以看出，本发明的低粘结相金属陶瓷颗粒相比现有技术中的增强相(粒径通常为2～10μm)要大的多。

优选的方案，所述高粘结相金属陶瓷颗粒的平均粒径为60～300μm。

作为进一步的优选，所述高粘结相金属陶瓷颗粒的平均粒径为100～300μm。

优选的方案，所述两种组份的质量百分比为：低粘结相金属陶瓷颗粒：20～40％，高粘结相金属陶瓷颗粒：60～80％。

作为进一步的优选，所述两种组份的质量百分比为：低粘结相金属陶瓷颗粒：30～40％，高粘结相金属陶瓷颗粒：60～70％。

优选的方案，所述低粘结相金属陶瓷颗粒，其原料由以下组份按重量百分比组成：粘结相A：5～14％，碳氮化钛：45～65％，碳化物添加剂C15～45％，其中所述粘结相A由钴与镍组成，所述碳化物添加剂C由碳化钨、碳化钼、碳化钽组成。

作为进一步的优选，所述低粘结相金属陶瓷颗粒，其原料由以下组份按重量百分比组成：粘结相A：5～12％，碳氮化钛：45～65％，碳化物添加剂C15～45％。

作为进一步的优选，所述低粘结相金属陶瓷颗粒的原料中，粘结相A的粒径为1～3μm，碳氮化钛的粒径为2～4μm，碳化物添加剂C的粒径为2～5μm。

优选的方案，所述高粘结相金属陶瓷颗粒，其原料由以下组份按重量百分比组成：粘结相B：15～25％，碳氮化钛：35～60％，碳化物添加剂D：15～45％，其中所述的粘结相B由钴与镍组成，所述碳化物添加剂D由碳化钨、碳化钼、碳化钽组成。

作为进一步的优选，所述高粘结相金属陶瓷颗粒，其原料由以下组份按重量百分比组成：粘结相B：15～20％，碳氮化钛：35～60％，碳化物添加剂D：15～45％。

作为进一步的优选，所述高粘结相金属陶瓷颗粒的原料中，粘结相B的粒径为1～3μm，碳氮化钛的粒径为2～4μm，碳化物添加剂D的粒径为2～5μm。

作为进一步的优选，所述粘结相A中，按质量比计，钴:镍＝0.5～1:1；优选为1:1。

作为进一步的优选，所述粘结相B中，按质量比计，钴:镍＝0.5～1:1；优选为1:1。

作为进一步的优选，所述碳化物添加剂C中，按质量比计：碳化钨:碳化钼:碳化钽＝10～20:5～10:2～5，优选为14～20:7～10:3～5。

作为进一步的优选，所述碳化物添加剂D中，按质量比计：碳化钨:碳化钼:碳化钽＝10～20:5～10:2～5，优选为14～20:7～10:3～5。

优选的方案，所述碳氮化钛基金属陶瓷的性能如下：硬度91～93HRA，抗弯强度2000～2750MPa，断裂韧性9～12MPa·m^1/2，

本发明一种岛状结构硬化高韧性碳氮化钛基金属陶瓷的制备方法，包括如下步骤：

1)按设计比例配取低粘结相金属陶瓷颗粒的各原料以及炭黑L，混合获得混合粉末M，在混合粉末M中加入成型剂p，混合，造粒即获得低粘结相金属陶瓷颗粒；按设计比例配取高粘结相金属陶瓷颗粒的各原料以及炭黑R，混合获得混合粉末N，在混合粉末N中加入成型剂q，混合，造粒即获得高粘结相金属陶瓷颗粒；

2)将低粘结相金属陶瓷颗粒及高粘结相金属陶瓷颗粒按设计配比混合均匀，压制成型，烧结，即得到岛结构硬化高韧性碳氮化钛基金属陶瓷。

优选的方案，所述步骤1)中，炭黑L的加入量为低粘结相金属陶瓷颗粒的原料总质量的0.2～0.6％。

优选的方案，所述步骤1)中，炭黑R的加入量为高粘结相金属陶瓷颗粒的原料总质量的0.2～0.6％。

优选的方案，所述低粘结相金属陶瓷颗粒的各原料以及炭黑L；高粘结相金属陶瓷颗粒的各原料以及炭黑R均采用湿式球磨的方式混合，球磨工艺参数均如下：球磨介质为酒精，磨球为硬质合金球，球料比为5～8:1；球磨的转速为90～130r/min，球磨的时间为36～60h。

在采用球磨进行混合时，对于所用的球磨机不受限定，如可以采用本领域技术人员熟知的滚筒球磨机或行星球磨机，由于在混合时，采用滚筒球磨机出料量多，优选采用滚筒球磨机进行球磨。

优选的方案，所述步骤1)中，成型剂p为石蜡，其添加量为混合粉末M质量的3～5％。

优选的方案，所述步骤1)中，成型剂q为石蜡，其添加量为混合粉末N质量的3～5％。

在本发明中，造粒的方式为喷雾造粒、滚筒造粒或擦筛造粒。

优选的方案，所述低粘结相金属陶瓷颗粒的平均粒径为30～200μm。

作为进一步的优选，所述低粘结相金属陶瓷颗粒的平均粒径为30～100μm。

优选的方案，所述高粘结相金属陶瓷颗粒的平均粒径为60～300μm。

作为进一步的优选，所述高粘结相金属陶瓷颗粒的平均粒径为100～300μm。

优选的方案，所述步骤2)中，混合方式为造粒机混合、V型混料机或双锥形混料机混合，混合时间为30～60min。

优选的方案，所述步骤2)中，压制方式为模压或等静压，压制压力为100MPa～150MPa。

作为进一步的优选，所述步骤2)中，压制方式为等静压，压制压力为120MPa～150MPa。

优选的方案，所述步骤2)中，所述烧结方式为真空烧结，真空度为0.001～1Pa，烧结温度为1400～1500℃，烧结时间为1～2h。

本发明的技术方案通过高硬度低粘结相金属陶瓷粒子作为硬化相，经过烧结后成为岛状结构对高韧性高粘结相金属陶瓷基体进行硬化。在现有技术中，均是采用高硬度碳化物进行增强，然而高硬度碳化物添加量的增加会使得材料中低结合力的界面增多，材料韧性的急剧下降。而在本发明中，硬化相为高硬度低粘结相金属陶瓷粒子，其与高粘结相金属陶瓷粒子存在粘结相浓度差异，从而使得粘结相从高粘结相区域向低粘结相区域扩散，在硬化基体的同时保持着良好的界面关系，从而在达到硬化目的的同时保持较高的韧性。

本技术与常规金属陶瓷相比，具有以下优点：

1.提供了一种新的金属陶瓷硬化思路，通过全新的高硬度粒子达到硬化目的，岛状硬化结构与基体有着良好的界面关系，良好的界面结合力，在达到硬化目的的同时保持较高的韧性。

2.在使用过程中，岛状硬化结构作为硬化相增加了刀具的耐磨性。同时在失效过程中，相比传统硬质碳化物的直接脱落，岛状硬化结构在使用过程逐渐剥离，同时具备与良好韧性的基体存在着较好的保持力，避免了崩缺的情况。

3.高粘结相粒子作为基体具有较高的韧性，在产生裂纹裂纹扩展过程中，高的粘结相能够吸收较多的裂纹扩展能量，有效地阻碍裂纹的扩展，提高材料的强度及断裂韧性。

4.本发明提供的岛状结构硬化高韧性碳氮化钛基金属陶瓷性能出色，制备工艺简单，可以在有效提高材料的硬度的同时保持较高的韧性，同时技术流程短，投入小，产业化便捷。

附图说明

图1为对比例4通过常规技术制备的碳氮化钛基金属陶瓷。

图2为实施例1所制备的岛状结构硬化碳氮化钛基金属陶瓷。

图3为对比例3所制备的岛状结构硬化碳氮化钛基金属陶瓷。

具体实施方式

实施例1

按设计的金属陶瓷材料成分按质量百分比配取原料，高粘结相颗粒：碳氮化钛54％，碳化钨15％，碳化钼8％，碳化钽5％，钴9％，镍9％，炭黑0.4％；低粘结相颗粒：碳氮化钛62％，碳化钨15％，碳化钼8％，碳化钽5％，钴4％，镍4％，炭黑0.4％。将两种成分的混合粉分别在球料比6:1的滚筒球磨机中以100r/min的速度球磨混合48h后，在所得到的混合粉末中加入4wt％的石蜡作为成型剂，搅拌均匀，将两种成分粉末进行喷雾造粒，通过调节喷雾参数，得到高粘结相颗粒平均粒径为150μm，低粘结相颗粒平均粒径为80μm。将两种组份按质量百分比为：低粘结相金属陶瓷颗粒：40％，高粘结相金属陶瓷颗粒：60％，放置于V型混料机上以100r/min的速度混合5h，将混合好的混合料在模具中通过冷等静压制成压坯，压制压力为120MPa；将得到的压坯于真空气氛中进行烧结，最高烧结温度为1460℃保温2h，随炉冷却后得到本发明设计的岛状结构硬化高韧性碳氮化钛基金属陶瓷。制备的金属陶瓷材料硬度为92.4HRA，抗弯强度2260MPa，断裂韧性9.7MPa·m^1/2。

实施例2

按设计的金属陶瓷材料成分按质量百分比配取原料，高粘结相颗粒：碳氮化钛48％，碳化钨15％，碳化钼10％，碳化钽5％，钴9％，镍9％，炭黑0.3％；低粘结相颗粒：碳氮化钛55％，碳化钨20％，碳化钼10％，碳化钽5％，钴5％，镍5％，炭黑0.3％。将两种成分的混合粉分别在球料比6:1的滚筒球磨机中以100r/min的速度球磨混合48h后，在所得到的混合粉末中加入3wt％的石蜡作为成型剂，搅拌均匀，将两种成分粉末进行喷雾造粒，通过调节喷雾参数，得到高粘结相颗粒平均粒径为170μm，低粘结相颗粒平均粒径为70μm。将两种组份按质量百分比为：低粘结相金属陶瓷颗粒：35％，高粘结相金属陶瓷颗粒：65％，放置于V型混料机上以100r/min的速度混合5h，将混合好的混合料在模具中通过冷等静压制成压坯，压制压力为120MPa；将得到的压坯于真空气氛中进行烧结，最高烧结温度为1430℃保温2h，随炉冷却后得到本发明设计的岛状结构硬化高韧性碳氮化钛基金属陶瓷。制备的金属陶瓷材料硬度为92.1HRA，抗弯强度2380MPa，断裂韧性10.1MPa·m^1/2。

实施例3

按设计的金属陶瓷材料成分按质量百分比配取原料，高粘结相颗粒：碳氮化钛54％，碳化钨14％，碳化钼7％，碳化钽5％，钴10％，镍10％，炭黑0.5％；低粘结相颗粒：碳氮化钛58％，碳化钨17％，碳化钼8％，碳化钽5％，钴6％，镍6％，炭黑0.5％。将两种成分的混合粉分别在球料比6:1的滚筒球磨机中以100r/min的速度球磨混合48h后，在所得到的混合粉末中加入3wt％的石蜡作为成型剂，搅拌均匀，将两种成分粉末进行喷雾造粒，通过调节喷雾参数，得到高粘结相颗粒平均粒径为150μm，低粘结相颗粒平均粒径为70μm。将两种组份按质量百分比为：低粘结相金属陶瓷颗粒：25％，高粘结相金属陶瓷颗粒：75％，放置于V型混料机上以100r/min的速度混合5h，将混合好的混合料在模具中通过冷等静压制成压坯，压制压力为120MPa；将得到的压坯于真空气氛中进行烧结，最高烧结温度为1430℃保温2h，随炉冷却后得到本发明设计的岛状结构硬化高韧性碳氮化钛基金属陶瓷。制备的金属陶瓷材料硬度为91.2HRA，抗弯强度2610MPa，断裂韧性11.4MPa·m^1/2。

实施例4

按设计的金属陶瓷材料成分按质量百分比配取原料，高粘结相颗粒：碳氮化钛48％，碳化钨18％，碳化钼9％，碳化钽5％，钴10％，镍10％，炭黑0.3％；低粘结相颗粒：碳氮化钛62％，碳化钨16％，碳化钼9％，碳化钽5％，钴6％，镍6％，炭黑0.3％。将两种成分的混合粉分别在球料比6:1的滚筒球磨机中以100r/min的速度球磨混合48h后，在所得到的混合粉末中加入5wt％的石蜡作为成型剂，搅拌均匀，将两种成分粉末进行喷雾造粒，通过调节喷雾参数，得到高粘结相颗粒平均粒径为180μm，低粘结相颗粒平均粒径为60μm。将两种组份按质量百分比为：低粘结相金属陶瓷颗粒：30％，高粘结相金属陶瓷颗粒：70％，放置于V型混料机上以100r/min的速度混合5h，将混合好的混合料在模具中通过冷等静压制成压坯，压制压力为120MPa；将得到的压坯于真空气氛中进行烧结，最高烧结温度为1430℃保温2h，随炉冷却后得到本发明设计的岛状结构硬化高韧性碳氮化钛基金属陶瓷。制备的金属陶瓷材料硬度为91.8HRA，抗弯强度2460MPa，断裂韧性10.7MPa·m^1/2。

实施例5

按设计的金属陶瓷材料成分按质量百分比配取原料，高粘结相颗粒：碳氮化钛56％，碳化钨15％，碳化钼8％，碳化钽5％，钴8％，镍8％，炭黑0.4％；低粘结相颗粒：碳氮化钛62％，碳化钨15％，碳化钼8％，碳化钽5％，钴5％，镍5％，炭黑0.4％。将两种成分的混合粉分别在球料比6:1的滚筒球磨机中以100r/min的速度球磨混合48h后，在所得到的混合粉末中加入5wt％的石蜡作为成型剂，搅拌均匀，将两种成分粉末进行喷雾造粒，通过调节喷雾参数，得到高粘结相颗粒平均粒径为200μm，低粘结相颗粒平均粒径为70μm。将两种组份按质量百分比为：低粘结相金属陶瓷颗粒：50％，高粘结相金属陶瓷颗粒：50％，放置于V型混料机上以100r/min的速度混合5h，将混合好的混合料在模具中通过冷等静压制成压坯，压制压力为120MPa；将得到的压坯于真空气氛中进行烧结，最高烧结温度为1430℃保温2h，随炉冷却后得到本发明设计的岛状结构硬化高韧性碳氮化钛基金属陶瓷。制备的金属陶瓷材料低粘结相颗粒添加较多，岛状结构连成一片，未完全分散开来，硬度为92.5HRA，抗弯强度2170MPa，断裂韧性9.5MPa·m^1/2。

实施例6

按设计的金属陶瓷材料成分按质量百分比配取原料，高粘结相颗粒：碳氮化钛48％，碳化钨18％，碳化钼10％，碳化钽5％，钴10％，镍10％，炭黑0.3％；低粘结相颗粒：碳氮化钛58％，碳化钨15％，碳化钼8％，碳化钽5％，钴7％，镍7％，炭黑0.3％。将两种成分的混合粉分别在球料比6:1的滚筒球磨机中以100r/min的速度球磨混合48h后，在所得到的混合粉末中加入4wt％的石蜡作为成型剂，搅拌均匀，将两种成分粉末进行喷雾造粒，通过调节喷雾参数，得到高粘结相颗粒平均粒径为150μm，低粘结相颗粒平均粒径为80μm。将两种组份按质量百分比为：低粘结相金属陶瓷颗粒：10％，高粘结相金属陶瓷颗粒：90％，放置于V型混料机上以100r/min的速度混合5h，将混合好的混合料在模具中通过冷等静压制成压坯，压制压力为120MPa；将得到的压坯于真空气氛中进行烧结，最高烧结温度为1430℃保温2h，随炉冷却后得到本发明设计的岛状结构硬化高韧性碳氮化钛基金属陶瓷。制备的金属陶瓷材料硬度为90.5HRA，抗弯强度2730MPa，断裂韧性12.4MPa·m^1/2。

对比例1

按设计的金属陶瓷材料成分按质量百分比配取原料，高粘结相颗粒：碳氮化钛54％，碳化钨15％，碳化钼8％，碳化钽5％，钴9％，镍9％，炭黑0.2％；低粘结相颗粒：碳氮化钛62％，碳化钨17％，碳化钼8％，碳化钽5％，钴4％，镍4％，炭黑0.2％。将两种成分的混合粉分别在球料比6:1的滚筒球磨机中以100r/min的速度球磨混合48h后，在所得到的混合粉末中加入4wt％的石蜡作为成型剂，搅拌均匀，将两种成分粉末进行喷雾造粒，通过调节喷雾参数，得到高粘结相颗粒平均粒径为150μm，低粘结相颗粒平均粒径为70μm。将两种组份按质量百分比为：低粘结相金属陶瓷颗粒：60％，高粘结相金属陶瓷颗粒：40％，放置于V型混料机上以100r/min的速度混合5h，将混合好的混合料在模具中通过冷等静压制成压坯，压制压力为120MPa；将得到的压坯于真空气氛中进行烧结，最高烧结温度为1450℃保温2h，随炉冷却后得到本发明设计的岛状结构硬化高韧性碳氮化钛基金属陶瓷。制备的金属陶瓷材料硬度为92.6HRA，抗弯强度1830MPa，断裂韧性8.9MPa·m^1/2。

对比例2

按设计的金属陶瓷材料成分按质量百分比配取原料，高粘结相颗粒：碳氮化钛50％，碳化钨15％，碳化钼8％，碳化钽5％，钴11％，镍11％，炭黑0.2％；低粘结相颗粒：碳氮化钛60％，碳化钨15％，碳化钼8％，碳化钽5％，钴8％，镍8％，炭黑0.2％。将两种成分的混合粉分别在球料比6:1的滚筒球磨机中以100r/min的速度球磨混合48h后，在所得到的混合粉末中加入4wt％的石蜡作为成型剂，搅拌均匀，将两种成分粉末进行喷雾造粒，通过调节喷雾参数，得到高粘结相颗粒平均粒径为150μm，低粘结相颗粒平均粒径为50μm。将两种组份按质量百分比为：低粘结相金属陶瓷颗粒：30％，高粘结相金属陶瓷颗粒：70％，放置于V型混料机上以100r/min的速度混合5h，将混合好的混合料在模具中通过冷等静压制成压坯，压制压力为120MPa；将得到的压坯于真空气氛中进行烧结，最高烧结温度为1420℃保温2h，随炉冷却后得到本发明设计的岛状结构硬化高韧性碳氮化钛基金属陶瓷。制备的金属陶瓷材料硬度为88.9HRA，抗弯强度2730MPa，断裂韧性12.3MPa·m^1/2。

对比例3

按设计的金属陶瓷材料成分按质量百分比配取原料，高粘结相颗粒：碳氮化钛54％，碳化钨15％，碳化钼8％，碳化钽5％，钴9％，镍9％，炭黑0.4％；低粘结相颗粒：碳氮化钛62％，碳化钨15％，碳化钼8％，碳化钽5％，钴4％，镍4％，炭黑0.4％。将两种成分的混合粉分别在球料比6:1的滚筒球磨机中以100r/min的速度球磨混合48h后，在所得到的混合粉末中加入4wt％的石蜡作为成型剂，搅拌均匀，将两种成分粉末进行喷雾造粒，通过调节喷雾参数，得到高粘结相颗粒平均粒径为200μm，低粘结相颗粒平均粒径为300μm。将两种组份按质量百分比为：低粘结相金属陶瓷颗粒：50％，高粘结相金属陶瓷颗粒：50％，放置于V型混料机上以100r/min的速度混合5h，将混合好的混合料在模具中通过模压制成压坯，压制压力为120MPa；将得到的压坯于真空气氛中进行烧结，最高烧结温度为1420℃保温2h，随炉冷却后得到本发明设计的岛状结构硬化高韧性碳氮化钛基金属陶瓷。制备的金属陶瓷材料测试硬度分布不均匀，为91.6-92.4HRA，抗弯强度1880MPa，断裂韧性7.8MPa·m^1/2。

对比例4

按设计的金属陶瓷材料成分按质量百分比配取原料，高粘结相颗粒：碳氮化钛54％，碳化钨15％，碳化钼8％，碳化钽5％，钴9％，镍9％，炭黑0.4％；低粘结相颗粒：碳氮化钛62％，碳化钨15％，碳化钼8％，碳化钽5％，钴4％，镍4％，炭黑0.4％。将两种成分的混合粉分别在球料比6:1的滚筒球磨机中以100r/min的速度球磨混合48h后，在所得到的混合粉末中加入4wt％的石蜡作为成型剂，搅拌均匀。将两种成分粉末进行喷雾造粒，通过调节喷雾参数，得到高粘结相颗粒平均粒径为150μm，将低粘结相成分取其旋风料细粉得到粒径小于30μm的低粘结相颗粒。将两种组份按质量百分比为：低粘结相金属陶瓷颗粒：40％，高粘结相金属陶瓷颗粒：60％，放置于V型混料机上以100r/min的速度混合5h，将混合好的混合料在模具中通过模压制成压坯，压制压力为120MPa；将得到的压坯于真空气氛中进行烧结，最高烧结温度为1420℃保温2h，随炉冷却后得到本发明设计的岛状结构硬化高韧性碳氮化钛基金属陶瓷。制备的金属陶瓷材料测试硬度分布不均匀，为91.6-92.4HRA，抗弯强度1880MPa，断裂韧性7.8MPa·m^1/2。

对比例5

按常规金属陶瓷材料成分按质量百分比配取原料，碳氮化钛59％，碳化钨15％，碳化钼8％，碳化钽5％，钴6.5％，镍6.5％，炭黑0.5％；将混合粉在球料比6:1的滚筒球磨机中以100r/min的速度球磨混合48h后，在所得到的混合粉末中加入4wt％的石蜡作为成型剂，搅拌均匀，进行擦筛制粒，将混合好的混合料在模具中通过模压制成压坯，压制压力为120MPa；将得到的压坯于真空气氛中进行烧结，最高烧结温度为1450℃保温2h，随炉冷却后得到传统碳氮化钛基金属陶瓷。制备的金属陶瓷材料硬度为92.0HRA，抗弯强度1830MPa，断裂韧性7.6MPa·m^1/2。

通过实施例1、对比例4对比，可知相对于常规金属陶瓷材料，按本发明方案制备的状结构硬化高韧性碳氮化钛基金属陶瓷在保持着高硬度的同时，韧性有着显著的提升。同时对两种不同粘结相含量颗粒的含量比例及尺寸都有着一定的要求，需要在本专利设定范围内，同时对低粘结相颗粒有一定的粒径范围及含量要求，如对比例3所示，当低粘结相颗粒过大或含量过高，会导致高硬度相联结，无法均匀孤立地分布，导致材料韧性迅速下降，且力学性能不均匀；而当低粘结相颗粒过小或含量过低时，颗粒过小在烧结过程中由于粘结相扩散，无法保持高硬度颗粒存在，而含量过低时强化效果不明显。

表1 实施例及对比例中样品力学性能测试结果