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(TiW)C 纳米硬质合金粉体的制备 李晓玲，孙占如，陈春焕，任瑞铭 大连交通大学材料科学与工程学院，辽宁大连（116028 ） 摘 要：本文研究了由 TiO2 、W 、C 的混合粉经高能球磨和高温合成反应制备纳米(TiW)C 粉体的工艺。结果表明，采用机械与热共同激活法，可以把普通的微米级原材料 TiO2 、W 和 C 合成具有亚微米颗粒尺寸（100 ～200 纳米左右）、纳米晶粒尺寸（30 ～80 纳米左右） 的(TiW)C 粉体。由于在机械激活（高能球磨）过程中形成了纳米晶粒尺寸(9 ～18 纳米)的粉 末，使反应物之间达到了纳米尺度的混合，从而强烈地促进了高温下进行的碳热还原反应， 显著降低合成反应温度、缩短了反应时间。 关键词：硬质合金粉体，(TiW)C 粉体，高能球磨，碳热还原 1. 引言 硬质合金不但具有高的硬度、耐磨性、热硬性，而且具有优良的耐蚀性、抗氧化性等特 点。它在现代工具材料、耐磨材料、耐腐蚀及耐高温材料等领域占据着重要地位[1] 。硬质合 金的应用领域十分广阔，以切削工具为例，由于材料的多样性，仅使用WC-Co合金已不能 满足需要。如对呈连续切屑的钢材进行切削加工时，会使WC-Co合金刀具很快形成月牙坑 磨损，刀具寿命很低[2] 。而且由于Co、W资源的限制和WC-Co硬质合金的大量消耗，开发新 的硬质合金体系显得尤为重要。 硬质合金的性能受其化学成份和显微结构的制约，所以人们对合金的显微结构格外关注 [3] 。细化硬质合金晶粒，特别是达到纳米尺寸后，材料的强度、韧性都会得到明显的提高， 所以研究制备超细晶粒尺寸的硬质合金具有非常重要的意义[4] 。由于大多数硬质合金都是用 粉末冶金方法烧结而成的，原始粉末颗粒大小将直接关系到烧结后的晶粒尺寸，因此研究制 备超细或纳米晶粒尺寸的碳化物粉体成为了制备超细硬质合金的基础。目前国外在纳米晶硬 质合金制备方面已积累了丰富的经验和掌握了先进的技术，在硬质合金研究和制备方面已取 得突破性进展并已获得应用，而国内在制备纳米晶硬质合金方面还有许多问题需要研究[5] 。 采用碳热还原方法用 TiO2 直接制备 TiC 的一个突出缺点是 TiC 中氧含量偏高，若要降 o [6] 低氧含量，就必须加热到 1700 C 以上，保温较长的时间 ，但这不可避免地会使得到的 TiC 粉体颗粒、晶粒粗大。本文采用机械与热共同激活方法，研究了用 TiO2 、碳和W 直接制备 具有纳米结构的(TiW)C 粉体，为利用添加 W 减少 TiC 中氧含量，降低合成反应温度和缩短 反应时间奠定基础。 2. 试验材料及试验方法 2.1 试验材料 原料采用粒径为 400nm 左右的 TiO ，10µm 左右的 W 粉，350nm 左右的 C 粉。为得到 2 不同比例 W 和 Ti 含量的(TiW)C 粉体，研究 W 含量对制备过程的影响，按照如下反应式计 算出原始粉末成分配比。 第一组：0.95TiO2+0.05W+2.9C=0.95TiC+0.05WC+1.9CO 第二组：0.9TiO2+0.1W+2.8C=0.9TiC+0.1WC+1.8CO 第三组：0.8TiO2+0.2W+2.6C=0.8TiC+0.2WC+1.6CO -1- 2.2 试验方法 机械激活试验采用 SG-2 型搅拌球磨机，真空球磨罐容量为 2L，转速为 600r/min. 。将 配好的氧化钛、钨粉和碳粉(共 30 克)混合后装入不锈钢球磨罐中，再装入直径为 6mm 的高 碳不锈钢球，球料重量比为 60:1 。在氩气气氛下球磨。三种不同配比的粉末分别经过 1.5 小 时、6 小时、12 小时和 24 小时球磨后取出。 -2 把经不同规程球