專利名稱：一種TiN/TiB₂復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
TiN具有優(yōu)異的耐腐蝕性、耐磨性和導(dǎo)電能力，可用做耐磨材料和電極電 接觸材料，但由于TiN的低自擴(kuò)散速率和高飽和蒸汽壓，導(dǎo)致塊體材料難以燒 結(jié)致密。TiB2在目前已知的硬質(zhì)材料中，TiB2硬度排序第四，TiB2化學(xué)性質(zhì) 穩(wěn)定，有很強(qiáng)的防腐蝕能力，具有良好的導(dǎo)電性。TiB2是切削刀具、耐磨部件 的侯選材料及電極的優(yōu)良侯選材料。但由于TiB2的低自擴(kuò)散速率，導(dǎo)致塊體 材料難以燒結(jié)致密。
目前，制備TiN/TiB2復(fù)合材料常采用熱壓燒結(jié)，需要直接采用TiB2粉體 和TiN粉體，這兩種粉體不易制備，原料成本高，而且1800。C時(shí)熱壓燒結(jié)的 TiN/TiB2復(fù)合材料的致密度僅為93 95%，要獲得致密度98%以上的的 TiN/TiB2復(fù)合材料要求燒結(jié)溫度在210(TC以上，致使生產(chǎn)成本高，同時(shí)高溫?zé)?結(jié)會(huì)引發(fā)復(fù)合材料的晶粒粗化，導(dǎo)致力學(xué)性能差，表現(xiàn)為三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度CTb《 550MPa，斷裂韌性KK《6MPa'm"2。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有制備TiN/TiB2復(fù)合材料的方法存在原料昂貴、 燒結(jié)溫度高、生產(chǎn)成本高、致密度差及力學(xué)性能差的問(wèn)題，而提供一種TiN/TiB2 復(fù)合材料的制備方法。
TiN/TiB2復(fù)合材料的制備方法按以下步驟實(shí)現(xiàn) 一、按摩爾比1 : 0 1.25 :0.25 0.667稱取Ti粉、B粉和BN粉，然后裝入聚氯乙烯罐中，再加入無(wú) 水乙醇和Zr02球，球磨濕混12 48h，得混合粉體；二、混合粉體烘干后過(guò) 40 120目篩，裝入石墨模具中，在真空度為1Pa的條件下，以15 6(TC/min 的升溫速率升溫至1200 1500°C，并保溫30 240min，然后以10 60°C/min 的升溫速率升溫至1600 1900°C，再施加20 40MPa的壓力，并保溫30 240min，即得TiN/TiB2復(fù)合材料；其中步驟一中無(wú)水乙醇的加入量為T(mén)i粉、B粉和BN粉總質(zhì)量的1 3倍；步驟一中球料質(zhì)量比為3 4 : 1。
本發(fā)明中原料價(jià)格低廉，工藝簡(jiǎn)單，利用Ti、 B和BN反應(yīng)生成TiB2和 TiN，且兩相分布均勻，反應(yīng)放出的熱量造成局域溫度遠(yuǎn)超過(guò)燒結(jié)系統(tǒng)溫度， 使得復(fù)合材料在較低燒結(jié)溫度下燒結(jié)致密，致密度能達(dá)98.8% 99.3%，材料 的晶粒細(xì)小，力學(xué)性能好，表現(xiàn)為三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度cib》700MPa，斷裂初性Kk: >8.5 MPa-m1/2。


圖1為具體實(shí)施方式
二十三中所得TiN/TiB2復(fù)合材料的X射線衍射譜圖， 其中A表示TiB2， B表示TiN;圖2為具體實(shí)施方式
二十四中所得TiN/TiB2 復(fù)合材科的X射線衍射譜圖，其中A表示TiB2，畫(huà)表示TiN。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實(shí)施方式
，還包括各具體實(shí)施方 式間的任意組合。
具體實(shí)施力式一本實(shí)施方式TiN/TiB2復(fù)合材料的制備方法按以下歩驟 實(shí)現(xiàn) 一、按摩爾比1 : 0 1.25 : 0.25 0.667稱取Ti粉、B粉和BN粉，然 后裝入聚氯乙烯罐中，再加入無(wú)水乙醇和Zr02球，球磨濕混12 48h，得混 合粉體；二、混合粉體烘千后過(guò)40 120目篩，裝入石墨模具中，在真空度為 1Pa的條件下，以15 60°C/min的升溫速率升溫至1200 1500°C ，并保溫30 240min，然后以10 60°C/min的升溫速率升溫至1600 1卯0。C，再施加20 40MPa的壓力，并保溫30 240min，即得TiN/T氾2復(fù)合材料；其中步驟一中 無(wú)水乙醇的加入量為T(mén)i粉、B粉和BN粉總質(zhì)量的1 3倍；步驟一中球料質(zhì) 量比為3 4 :1。
具體實(shí)施方式
二本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟一中按摩爾
比1 : 0.14 : 0.62稱取Ti粉、B粉和BN粉。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟一中按摩爾 比1 : 0.65 : 0.45稱取Ti粉、B粉和BN粉。其它步驟及參數(shù)與
具體實(shí)施例方式
一相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟一中按摩爾比1 : 0.8 : 0.4稱取Ti粉、B粉和BN粉。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一 相同。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟一中按摩爾 比1 : 0.95 : 0.35稱取Ti粉、B粉和BN粉。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟一中按摩爾 比1 : 1.19 : 0.27稱取Ti粉、B粉和BN粉。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟一 ZrCb球 直徑為5mm、 10mm或15mm。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟一中球磨濕 混20 30h。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟一中球磨濕 混25h。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟一中球磨濕
混40h。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
十一本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟二中混合
粉體烘干后過(guò)50 100目篩。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
十二本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟二中混合
粉體烘干后過(guò)60 80目篩。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
十三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟二中混合
粉體烘干后過(guò)ioo目篩。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
十四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟二中混合
粉體烘干后過(guò)70目篩。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
十五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟二中以
20 55。C/min的升溫速率升溫至1250 145(TC，并保溫40 220min。其它步
驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
十六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟二中以 30 45tVmin的升溫速率升溫至1300 1400°C，并保溫80 120min。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
十七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟二中以
35°C/min的升溫速率升溫至1350°C，并保溫90min。其它步驟及參數(shù)與具體 實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式
十八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟二中以 40。C/min的升溫速率升溫至120(TC，并保溫110min。其它步驟及參數(shù)與具體
實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式
十九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟二中以 20 50°C/min的升溫速率升溫至1650 1850°C，再施加25 35MPa的壓力， 并保溫40 220min。其它歩驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
二十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟二中以 30 40°C/min的升溫速率升溫至1700 1800°C，再施加30 40MPa的壓力， 并保溫60 180min。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
二十一本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟二中以 35。C/min的升溫速率升溫至1750°C，再施加30MPa的壓力，并保溫80min。
其它歩驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
二十二本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟二中以
40。C/min的升溫速率升溫至1600°C，再施加35MPa的壓力，并保溫120min。
其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
二十三本實(shí)施方式TiN/TiB2復(fù)合材料的制備方法按以下 步驟實(shí)現(xiàn) 一、按摩爾比1 : 0.667稱取Ti粉和BN粉，然后裝入聚氯乙烯罐 中，再加入無(wú)水乙醇和Zr02球，球磨濕混24h，得混合粉體；二、混合粉體 烘干后過(guò)120目篩，裝入石墨模具中，在真空度為lPa的條件下，以40。C/min 的升溫速率升溫至1200°C，并保溫30min，然后以20°C/min的升溫速率升溫 至1600。C，再施加25MPa的壓力，并保溫150min，即得TiN/TiB2復(fù)合材料； 其中步驟一中無(wú)水乙醇的加入量為T(mén)i粉粉和BN粉總質(zhì)量的2倍；步驟一中 球料質(zhì)量比為3 : 1。
本實(shí)施方式中所得TiN/TiB2復(fù)合材料，由圖l所示，可知材料中只有TiN 和TiB2兩種物質(zhì)，沒(méi)有其它的物質(zhì)生成；通過(guò)阿基米德法測(cè)得材料的致密度為98.8%，經(jīng)過(guò)INSTRON萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)測(cè)得，材料的三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度crb>700 MPa，斷裂韌性KK^8.5MPa.m1
具體實(shí)施方式
二十四本實(shí)施方式TiN/TiB2復(fù)合材料的制備方法按以下 步驟實(shí)現(xiàn) 一、按摩爾比1 : 0.5 : 0.5稱取Ti粉、B粉和BN粉，然后裝入聚 氯乙烯罐中，再加入無(wú)水乙醇和Zr02球，球磨濕混20h，得混合粉體；二、 混合粉體烘干后過(guò)100目篩，裝入石墨模具中，在真空度為lPa的條件下，以 40。C/min的升溫速率升溫至1200°C，并保溫90min，然后以30°C/min的升溫 速率升溫至1800°C，再施加30MPa的壓力，并保溫120min，即得TiN/TiB2 復(fù)合材料；其中步驟一中無(wú)水乙醇的加入量為T(mén)i粉、B粉和BN粉總質(zhì)量的2 倍；步驟一中球料質(zhì)量比為3 : 1。
本實(shí)施方式中所得TiN/TiB2復(fù)合材料，由圖2所示，可知材料中只有TiN 和TiB2兩種物質(zhì)，沒(méi)有其它的物質(zhì)生成；通過(guò)阿基米德法測(cè)得材料的致密度 為99.0%，經(jīng)過(guò)INSTRON萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)測(cè)得，材料的三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度crb>710 MPa，斷裂韌性Idc》8.6MPa'm"2。
具體實(shí)施方式
二十五本實(shí)施方式TiN/TiB2復(fù)合材料的制備方法按以下 步驟實(shí)現(xiàn) 一、按摩爾比1:1: 0.33稱取Ti粉、B粉和BN粉，然后裝入聚 氯乙烯罐中，再加入無(wú)水乙醇和Zr02球，球磨濕混30h，得混合粉體；二、 混合粉體烘干后過(guò)100目篩，裝入石墨模具中，在真空度為1Pa的條件下，以 50°C/min的升溫速率升溫至1500°C，并保溫100min，然后以10°C/min的升溫 速率升溫至1900°C，再施加40MPa的壓力，并保溫200min，即得TiN/TiB2 復(fù)合材料；其中步驟一中無(wú)水乙醇的加入量為T(mén)i粉、B粉和BN粉總質(zhì)量的2 倍；步驟一中球料質(zhì)量比為4 : 1。
本實(shí)施方式中所得TiN/TiB2復(fù)合材料，通過(guò)阿基米德法測(cè)得材料的致密 度為98.9%,經(jīng)過(guò)INSTRON萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)測(cè)得，材料的三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度crb 》730MPa，斷裂韌性KK:》8.5MPa'm"2。
具體實(shí)施方式
二十六本實(shí)施方式TiN/TiB2復(fù)合材料的制備方法按以下 步驟實(shí)現(xiàn) 一、按摩爾比1 : 0.2 : 0.6稱取Ti粉、B粉和BN粉，然后裝入聚 氯乙烯罐中，再加入無(wú)水乙醇和Zr02球，球磨濕混20h，得混合粉體；二、 混合粉體烘干后過(guò)120目篩，裝入石墨模具中，在真空度為1Pa的條件下，以4(TC/min的升溫速率升溫至1400°C，并保溫180min，然后以40°C/min的升溫 速率升溫至1800°C，再施加35MPa的壓力，并保溫120min，即得TiN/TiB2 復(fù)合材料；其中步驟一中無(wú)水乙醇的加入量為T(mén)i粉、B粉和BN粉總質(zhì)量的2 倍；步驟一中球料質(zhì)量比為3 : 1。
本實(shí)施方式中所得TiN/TiB2復(fù)合材料，通過(guò)阿基米德法測(cè)得材料的致密 度為99.3%，經(jīng)過(guò)INSTRON萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)測(cè)得，材料的三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度crb >700 MPa，斷裂韌性KIC>8.7MPa'm1/2。
權(quán)利要求
1、一種TiN/TiB2復(fù)合材料的制備方法，其特征在于TiN/TiB2復(fù)合材料的制備方法按以下步驟實(shí)現(xiàn)一、按摩爾比1∶0～1.25∶0.25～0.667稱取Ti粉、B粉和BN粉，然后裝入聚氯乙烯罐中，再加入無(wú)水乙醇和ZrO2球，球磨濕混12～48h，得混合粉體；二、混合粉體烘干后過(guò)40～120目篩，裝入石墨模具中，在真空度為1Pa的條件下，以15～60℃/min的升溫速率升溫至1200～1500℃，并保溫30～240min，然后以10～60℃/min的升溫速率升溫至1600～1900℃，再施加20～40MPa的壓力，并保溫30～240min，即得TiN/TiB2復(fù)合材料；其中步驟一中無(wú)水乙醇的加入量為T(mén)i粉、B粉和BN粉總質(zhì)量的1～3倍；步驟一中球料質(zhì)量比為3～4∶1。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種TiN/TiB2復(fù)合材料的制備方法，其特征在 于步驟一中按摩爾比1 : 0.14 : 0.62稱取Ti粉、B粉和BN粉。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種TiN/TiB2復(fù)合材料的制備方法，其特征在 于步驟一中按摩爾比1 : 0.65 : 0.45稱取Ti粉、B粉和BN粉。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3所述的一種TiN/TiB2復(fù)合材料的制備方法，其 特征在于步驟一中球磨濕混25h。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種TiN/TiB2復(fù)合材料的制備方法，其特征在 于步驟二中混合粉體烘干后過(guò)60 80目篩。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種TiN/TiB2復(fù)合材料的制備方法，其特征在 于步驟二中混合粉體烘干后過(guò)100目篩。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的一種TiN/TiB2復(fù)合材料的制備方法，其特 征在于步驟二中以20 55°C/min的升溫速率升溫至1250 1450°C，并保溫 40 220min。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種TiN/TiB2復(fù)合材料的制備方法，其特征在 于步驟二中以35°C/min的升溫速率升溫至1350°C，并保溫90min。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種TiN/TiB2復(fù)合材料的制備方法，其特征在 于步驟二中以20 50°C/min的升溫速率升溫至1650 1850°C，再施加25 35MPa的壓力，并保溫40 220min。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種TiN/TiB2復(fù)合材料的制備方法，其特征在 于步驟二中以35。C/min的升溫速率升溫至175(TC，再施加30MPa的壓力，并 保溫80min。
全文摘要
一種TiN/TiB₂復(fù)合材料的制備方法，它涉及一種復(fù)合材料的制備方法。它解決了現(xiàn)有制備TiN/TiB₂復(fù)合材料的方法存在原料昂貴、燒結(jié)溫度高、生產(chǎn)成本高、致密度差及力學(xué)性能差的問(wèn)題。方法一、稱取Ti粉、B粉和BN粉，然后裝入罐中，再加入無(wú)水乙醇和ZrO₂球，球磨濕混得混合粉體；二、混合粉體烘干后過(guò)篩，裝入石墨模具中，熱壓燒結(jié)后即得TiN/TiB₂復(fù)合材料。本發(fā)明中原料價(jià)格低廉，工藝簡(jiǎn)單，復(fù)合材料在較低燒結(jié)溫度下燒結(jié)致密，致密度能達(dá)98.8％～99.3％，材料的晶粒細(xì)小，力學(xué)性能好，表現(xiàn)為三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度σ_b≥700MPa，斷裂韌性K_IC≥8.5MPa·m^1/2。
文檔編號(hào)C04B35/58GK101445370SQ20081020977
公開(kāi)日2009年6月3日 申請(qǐng)日期2008年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月24日
發(fā)明者劉占國(guó), 楊振林, 歐陽(yáng)家虎 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)