一种金属陶瓷复合材料
阅读说明：本技术 一种金属陶瓷复合材料 (Metal ceramic composite material ) 是由 王忠平 郭光富 于 2020-11-03 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种金属陶瓷复合材料,其组分按质量百分比计,包括如下组分：硬质相：20～30％,所述硬质相为TiC、SiC、WC中的一种或多种；粘结相：21～36％,所述粘结相为Cu-Ni连续固溶体加Co；晶粒抑制相：0～3％,所述晶粒抑制相为ZrC、VC中的一种或两种；其余为添加相,所述添加相为Mo、Mo2C、TaC、NbC、Cr、Cr3C2中的三种或三种以上；所述粘结相中Cu含量÷(Ni+Co)含量≤1/2,Co含量≤Ni含量；本发明使用Cu-Ni连续固溶体加Co代替Co作为粘接相,可在保证材料具有足够的韧性和结构强度的情况下,使得单位重量的金属陶瓷复合材料中Co的使用量大幅度减少；本发明中还包含晶粒抑制相,可抑制晶粒长大,进而有效保证了本发明的致密性和密度的均匀性。(The invention provides a metal ceramic composite material which comprises the following components in percentage by mass: hard phase: 20-30% of a hard phase, wherein the hard phase is one or more of TiC, SiC and WC; a binding phase: 21-36%, wherein the binding phase is Cu-Ni continuous solid solution added with Co; grain-inhibiting phase: 0-3%, wherein the grain inhibiting phase is one or two of ZrC and VC; the balance of additive phases, wherein the additive phases are three or more of Mo, Mo2C, TaC, NbC, Cr and Cr3C 2; the Cu content/Ni + Co content in the binding phase is less than or equal to 1/2, and the Co content is less than or equal to Ni content; according to the invention, the Cu-Ni continuous solid solution and Co are used for replacing Co as the bonding phase, so that the usage amount of Co in the metal ceramic composite material with unit weight is greatly reduced under the condition of ensuring that the material has enough toughness and structural strength; the invention also comprises a grain inhibiting phase which can inhibit the growth of grains, thereby effectively ensuring the compactness and the uniformity of density of the invention.)
技术领域
本发明涉及金属陶瓷技术领域，具体为一种金属陶瓷复合材料。
背景技术
金属陶瓷是由陶瓷硬质相与金属或合金粘结相组成的复合材料。其兼有金属和陶瓷的优点。碳化物基金属陶瓷复合材料是金属陶瓷复合材料中的一大类别，其是以碳化钛、碳化硅、碳化钨等为基体，与金属钴、镍、铬、钨、钼等金属复合而成，具有高硬度、高耐磨性、耐高温等特点，是制造切削刀具、耐高温轴承、密封环及透平叶片的优选材料，具有广泛用途。
现有的碳化物基金属陶瓷复合材料一般以钴作为粘合剂，含钴量越高，金属陶瓷复合材料的韧性和结构强度就越好。钴在地壳中的平均含量为0.001％(质量)，自然界已知含钴矿物近百种，但没有单独的钴矿物，大多伴生于镍、铜、铁、铅、锌、银、锰、等硫化物矿床中，且含钴量较低。但是由于钴的用途广泛，消费量逐年增加。因此，对于碳化物基金属陶瓷复合材料，在保证材料具有足够的韧性和结构强度的情况下，使用更易得、更便宜的粘合剂来替代钴是一个值得研究的课题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的不足而提供一种金属陶瓷复合材料，在保证材料具有足够的韧性和结构强度的情况下，可有效减小金属钴的使用量。
为解决现有技术中存在的技术问题，一种金属陶瓷复合材料，其组分按质量百分比计，包括如下组分：
硬质相：20～30％，所述硬质相为TiC、SiC、WC中的一种或多种；
粘结相：21～36％，所述粘结相为Cu-Ni连续固溶体加Co；
晶粒抑制相：0～3％，所述晶粒抑制相为ZrC、VC中的一种或两种；
其余为添加相，所述添加相为Mo、Mo2C、TaC、NbC、Cr、Cr3C2中的三种或三种以上。
进一步的，所述粘结相中Cu含量÷(Ni+Co)含量≤1/2，Co含量≤Ni 含量。
作为可选方式，金属陶瓷复合材料组分按质量百分比计:30％ TiC,12％Ni,12％Cu,12％Co,3％ZrC或3％VC，10％Mo2C，10％TaC以及 11％Cr。
作为可选方式，金属陶瓷复合材料组分按质量百分比计:30％ TiC,12％Ni,12％Cu,12％Co,3％ZrC或3％VC，10％Mo，10％NbC以及11％ Cr3C2。
作为可选方式，金属陶瓷复合材料组分按质量百分比计:10％TiC,5％ SiC，5％WC11，11％Ni,5％Cu,5％Co,1％ZrC，1％VC，10％的Mo2C，10％ TaC，10％Cr，10％Mo，10％NbC以及7％Cr3C2。
进一步的，所述Cu含量÷(Ni+Co)含量＝1/10～1/3，包括Cu含量÷ (Ni+Co)含量＝1/10和Cu含量÷(Ni+Co)含量＝1/3。
进一步的，金属陶瓷复合材料组分按质量百分比计；
硬质相：22～28％，所述硬质相为TiC、SiC、WC中的一种或多种；
粘结相：22～33％，所述粘结相为Cu-Ni连续固溶体加Co；
晶粒抑制相：1～2％，所述晶粒抑制相为ZrC、VC中的一种或两种；
其余为添加相，所述添加相为Mo、Mo2C、TaC、NbC、Cr、Cr3C2中的三种或三种以上。
作为可选方式，金属陶瓷复合材料组分按质量百分比计:18％ TiC,10％SiC,17％Ni,8％Cu,8％Co,2％ZrC或2％VC，10％Mo2C，10％TaC， 10％Cr以及7％NbC。
作为可选方式，金属陶瓷复合材料组分按质量百分比计:18％ TiC,10％WC,17％Ni,8％Cu,8％Co,2％ZrC或2％VC，10％Mo，10％NbC，％ 5Cr，5％Cr3C2以及7％NbC。
作为可选方式，金属陶瓷复合材料组分按质量百分比计:10％TiC,6％ SiC，6％WC11，12％Ni,2％Cu,8％Co,1％ZrC，1％VC，10％的Mo2C，10％TaC，8％Cr，8％Mo，10％NbC以及8％Cr3C2。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明使用Cu-Ni连续固溶体加Co代替Co作为粘接相，可在保证材料具有足够的韧性和结构强度的情况下，使得单位重量的金属陶瓷复合材料中Co的使用量大幅度减少。
2、本发明中包含晶粒抑制相，可抑制晶粒长大，进而有效保证了本发明的致密性和密度的均匀性，有助于提高本发明的综合强度。
3、本发明中可适当添加适量的Cr3C2，Cr3C2也具有抑制晶粒长大的作用，可进一步保证本发明的致密性和密度的均匀性，有助于进一步提高本发明的综合强度。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
一种金属陶瓷复合材料，其组分按质量百分比计：30％TiC,12％ Ni,12％Cu,12％Co,3％ZrC或3％VC，10％Mo2C，10％TaC以及11％Cr。
本实施例中金属陶瓷复合材料的制备方法：称取30千克TiC,12千克 Ni,12千克Cu,12千克Co,3千克ZrC，10千克Mo2C，10千克TaC以及 11千克Cr，上述各种材料为粉末形式或者粒度小于3mm的颗粒状，将称取后的上述材料加入搅拌机中搅拌均匀，混合均匀后由搅拌机中取出，再加入硬质合金球磨机中进行研磨，过300目筛子进行滤筛，筛下物直接装入模具中压制成坯料，筛上物再次研磨，研磨后再过筛，如此重复。将模压成型的坯料装入烧结炉中进行烧结，烧结温度为在1300℃-1400℃之间，烧结炉中中压力为5MPa，保温时间0.5h，然后随炉冷却，冷却完成后出炉取出制备完成的金属陶瓷复核材料。
本发明使用Cu-Ni连续固溶体加Co代替Co作为粘接相，可在保证材料具有足够的韧性和结构强度的情况下，使得单位重量的金属陶瓷复合材料中Co的使用量大幅度减少。
而且本发明中包含晶粒抑制相，可抑制晶粒长大，进而有效保证了本发明的致密性和密度的均匀性，有助于提高本发明的综合强度。
实施例二：
一种金属陶瓷复合材料，其组分按质量百分比计:30％TiC,12％ Ni,12％Cu,12％Co,3％ZrC或3％VC，10％Mo，10％NbC以及11％Cr3C2。本实施例中，本发明中含有适量的Cr3C2，Cr3C2也具有抑制晶粒长大的作用，可进一步保证本发明的致密性和密度的均匀性，有助于进一步提高本发明的综合强度。
本实施例中金属陶瓷复合材料的制备方法：称取30千克TiC,12千克 Ni,12千克Cu,12千克Co,3千克VC，10千克Mo，10千克NbC以及11千克Cr3C2，上述各种材料为粉末形式或者粒度小于3mm的颗粒状，将称取后的上述材料加入搅拌机中搅拌均匀，混合均匀后由搅拌机中取出，再加入硬质合金球磨机中进行研磨，过400目筛子进行滤筛，筛下物直接装入模具中压制成坯料，筛上物再次研磨，研磨后再过筛，如此重复。将模压成型的坯料装入烧结炉中进行烧结，烧结温度为在1350℃-1450℃之间，烧结炉中中压力为6MPa，保温时间0.6h，然后随炉冷却，冷却完成后出炉取出制备完成的金属陶瓷复核材料。
实施例三：
一种金属陶瓷复合材料，其组分按质量百分比计:10％TiC,5％SiC， 5％WC11，11％Ni,5％Cu,5％Co,1％ZrC，1％VC，10％的Mo2C，10％TaC，10％Cr，10％Mo，10％NbC以及7％Cr3C2。本实施例中，本发明中含有适量的Cr3C2，Cr3C2也具有抑制晶粒长大的作用，可进一步保证本发明的致密性和密度的均匀性，有助于进一步提高本发明的综合强度。
本实施例中金属陶瓷复合材料的制备方法：称取10千克TiC,5千克 SiC，5千克WC11，11千克Ni,5千克Cu,5千克Co,1千克ZrC，1千克 VC，10千克的Mo2C，10千克TaC，10千克Cr，10千克Mo，10千克NbC 以及7千克Cr3C2，上述各种材料为粉末形式或者粒度小于3mm的颗粒状，将称取后的上述材料加入搅拌机中搅拌均匀，混合均匀后由搅拌机中取出，再加入硬质合金球磨机中进行研磨，过350目筛子进行滤筛，筛下物直接装入模具中压制成坯料，筛上物再次研磨，研磨后再过筛，如此重复。将模压成型的坯料装入烧结炉中进行烧结，烧结温度为在 1250℃-1400℃之间，烧结炉中中压力为8MPa，同时在烧结炉中充入氩气进行保护，保温时间1h，然后随炉冷却，冷却完成后出炉取出制备完成的金属陶瓷复核材料。
实施例四：
一种金属陶瓷复合材料，其组分按质量百分比计:18％TiC,10％ SiC,17％Ni,8％Cu,8％Co,2％ZrC或2％VC，10％Mo2C，10％TaC，10％ Cr以及7％NbC。
本实施例中金属陶瓷复合材料的制备方法：称取18千克TiC,10千克 SiC,17千克Ni,8千克Cu,8千克Co,2千克ZrC或2千克VC，10千克Mo2C， 10千克TaC，10千克Cr以及7千克NbC，上述各种材料为粉末形式或者粒度小于3mm的颗粒状，将称取后的上述材料加入搅拌机中搅拌均匀，混合均匀后由搅拌机中取出，再加入硬质合金球磨机中进行研磨，过350 目筛子进行滤筛，筛下物直接装入模具中压制成坯料，筛上物再次研磨，研磨后再过筛，如此重复。将模压成型的坯料装入烧结炉中进行烧结，烧结温度为在1250℃-1350℃之间，烧结炉中中压力为10MPa，同时在烧结炉中充入氩气进行保护，保温时间0.5h，然后随炉冷却，冷却完成后出炉取出制备完成的金属陶瓷复核材料。
实施例五：
一种金属陶瓷复合材料，其组分按质量百分比计:18％TiC,10％ WC,17％Ni,8％Cu,8％Co,2％ZrC或2％VC，10％Mo，10％NbC，％5Cr，5％ Cr3C2以及7％NbC。本实施例中，本发明中含有适量的Cr3C2，Cr3C2也具有抑制晶粒长大的作用，可进一步保证本发明的致密性和密度的均匀性，有助于进一步提高本发明的综合强度。
本实施例中金属陶瓷复合材料的制备方法：称取18千克TiC,10千克 WC,17千克Ni,8千克Cu,8千克Co,2千克ZrC或2千克VC，10千克Mo， 10千克NbC，千克5Cr，5千克Cr3C2以及7千克NbC，上述各种材料为粉末形式或者粒度小于3mm的颗粒状，将称取后的上述材料加入搅拌机中搅拌均匀，混合均匀后由搅拌机中取出，再加入硬质合金球磨机中进行研磨，过300目筛子进行滤筛，筛下物直接装入模具中压制成坯料，筛上物再次研磨，研磨后再过筛，如此重复。将模压成型的坯料装入烧结炉中进行烧结，烧结温度为在1250℃-1300℃之间，烧结炉中中压力为 8MPa，同时在烧结炉中充入氩气进行保护，保温时间0.8h，然后随炉冷却，冷却完成后出炉取出制备完成的金属陶瓷复核材料。
实施例五：
一种金属陶瓷复合材料，其组分按质量百分比计:10％TiC,6％SiC， 6％WC11，12％Ni,2％Cu,8％Co,1％ZrC，1％VC，10％的Mo2C，10％TaC， 8％Cr，8％Mo，10％NbC以及8％Cr3C2。本实施例中，本发明中含有适量的 Cr3C2，Cr3C2也具有抑制晶粒长大的作用，可进一步保证本发明的致密性和密度的均匀性，有助于进一步提高本发明的综合强度。
本实施例中金属陶瓷复合材料的制备方法：称取10千克TiC,6千克SiC，6千克WC11，12千克Ni,2千克Cu,8千克Co,1千克ZrC，1千克 VC，10千克的Mo2C，10千克TaC，8千克Cr，8千克Mo，10千克NbC以及8千克Cr3C2，上述各种材料为粉末形式或者粒度小于3mm的颗粒状，将称取后的上述材料加入搅拌机中搅拌均匀，混合均匀后由搅拌机中取出，再加入硬质合金球磨机中进行研磨，过400目筛子进行滤筛，筛下物直接装入模具中压制成坯料，筛上物再次研磨，研磨后再过筛，如此重复。将模压成型的坯料装入烧结炉中进行烧结，烧结温度为在1350℃ -1400℃之间，烧结炉中中压力为6MPa，同时在烧结炉中充入氩气进行保护，保温时间0.7h，然后随炉冷却，冷却完成后出炉取出制备完成的金属陶瓷复核材料。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。