FABRICATION AND PROPERTIES OF CERAMIC -CEMENTED CARBIDE COMPACT INSERTS

A novel ceramic cemented carbide compact insert was developed using hot pressing sintering technique. The surface layers of the sandwich material were ceramic and the middle layer was cemented carbide. The factors that affect the properties of the compact insert were analyzed. Theoretical analyses and experiments indicated that the cemented carbide with greater elastic module and thermal expansion coefficient than ceramic should be used in the sandwich material in order to get high equivalent flexure strength and the geometric parameters of the compact insert are also important to its properties.

碳化硅陶瓷的热等静压烧结

系统地研究了不同添加剂（如Ａｌ２Ｏ３，ＡｌＮ和Ｂ４Ｃ等）在热等静压（ＨＩＰ）烧结条件下对ＳｉＣ陶瓷之致密机理、显微结构以及力学性能的影响。结果表明：在ＨＩＰ烧结过程中，Ａｌ２Ｏ３可以与ＳｉＣ颗粒表面的ＳｉＯ２生成低共熔的铝硅酸盐玻璃相，并有效地促进ＳｉＣ陶瓷的致密化。当添加３％（以质量计）Ａｌ２Ｏ３时，采用ＨＩＰ烧结工艺，在１８５０℃温度和２００ＭＰａ压力下烧结１ｈ，就可获得相对密度和抗弯强度分别高达９７．３％和５８２ＭＰａ的ＳｉＣ陶瓷。

碳化硅陶瓷及其复合材料的热等静压烧结研究

本文通过采用热等静压（ＨＩＰ）这一先进的烧结工艺，研究了Ａｌ２Ｏ３添加量对ＳｉＣ陶瓷之显微结构与力学性能的影响，并成功地制备出Ｓｉ３Ｎ４粒子以及ＳｉＣ晶须补强的ＳｉＣ基复合材料．结果表明：Ａｌ２Ｏ３是ＨＩＰ烧结ＳｉＣ陶瓷及其复合材料的有效添加剂．当添加３ｗｔ％Ａｌ２Ｏ３时，采用ＨＩＰ烧结工艺在１８５０℃温度和２００ＭＰａ压力下烧结１ｈ就可获得密度分别高达９７．３％、９９．４％和９７．０％的ＳｉＣ单相陶瓷、ＳｉＣ－２５ｖｏｌ％Ｓｉ３Ｎ４复相陶瓷以及５ｖｏｌ％ＳｉＣ晶须补强的ＳｉＣ基复合材料．对于ＳｉＣ－２５ｖｏｌ％Ｓｉ３Ｎ４复相陶瓷，其室温强度高达６２５ＭＰａ；对于５ｖｏｌ％ＳｉＣ晶须补强的ＳｉＣ基复合材料，其断裂韧性达到６．７ＭＰａ·ｍ（１／２）．

残余应力对陶瓷/硬质合金复合片硬度的影响

分析了残余剪应力对材料硬度的影响，导出了残余剪应力与硬度压头下最大剪应力的关系式．分析表明，残余剪应力与残余正应力不同，无论其方向如何，总是使材料硬度下降．通过实验证明，陶瓷／硬质合金热压复合片界面附近，残余剪应力使硬度下降的值大于由于残余压应力使硬度升高的值．据此分析认为，当陶瓷层热膨胀系数比硬质合金层小，而且太薄时，虽然可以在陶瓷层形成较大的残余压应力，但因残余剪应力的影响，表层的硬度不仅不会升高，反而会降低．

硬质合金烧结方法的研究进展

介绍了几种传统硬质合金与新型硬质合金的烧结方法,并对这些烧结方法的原理及优缺点进行了比较,最后对未来硬质合金的发展提出了建议。

硬质合金与球墨铸铁热等静压扩散连接的研究

用热等静压扩散连接法获得了硬质合金与球墨铸铁的直接连接接头和以镍箔为中间夹层的间接连接接头。采用金相、扫描电镜、显微硬度及电子探针显微分析等手段对结合界面区域的组织结构、显微硬度变化及元素扩散进行了研究。对直接连接和间接连接接头的接合强度进行了评估，并对接头断裂特性进行了分析。

提高WC—Co硬质合金顶锤质量的研究

对烧结后的硬质合金顶锤进行热等静压（ＨＩＰ），能有效提高其密度，使其在合成金刚石生产中使用寿命普遍延长３—４倍。热等静压的最佳工艺条件是：温度在１３５０～１３７５℃，压力为８０～１００ＭＰａ，保温保压时间１００～１２０ｍｉｎ。同时，较全面地观察和分析了ＷＣ—Ｃｏ硬质合金破裂的行为，并阐述了采用ＨＩＰ处理能提高ＷＣ—Ｃｏ硬质合金顶锤质量的原因。

矿山凿岩硬质合金低压热等静压处理

采用低压热等静压技术处理的矿山凿岩硬质合金得到无孔隙的组织结构，其抗弯强度值提高１０％～１５％，硬度ＨＲＡ提高０．１～０．７，密度值也明显提高。

碳化物复相陶瓷及高温等静压氮化表面改性

采用高温等静压氮化表面改性技术制备高性能复相陶瓷。首先实施无包封致密化工艺技术,提出了Reaction-HIP模型从理论上给予解释;成功地制备出Si_3N_4-SiC梯度功能材料,并推广到一系列碳化物或含碳化物复相材料中,使我国碳化物复相陶瓷研究和表面改性技术处于国际领先地位。

热等静压烧结-连接法制取硬质合金/钢复合材料初探

用热等静压烧结－连接法获得了ＹＧ１５Ｃ与４５＃钢的复合接头。考察了接头的界面复合特征，界面上元素扩散及接头的结合强度。

热等静压技术在硬质合金大件制品中的应用

着重介绍热等静压（ＨＩＰ）技术在硬质合金顶锤、压缸、轧辊和铁基材料扩散连接等方面的应用。

碳化硅和氧化铝陶瓷的热等静压氮化

通过对无压烧结、热压烧结和热等静压烧结ＳＩＣ陶瓷以及热压烧结的ＳｉＣ粒子补强Ａｌ２Ｏ３基复相陶瓷（ＳｉＣｐ－Ａｌ２Ｏ３）和ＳｉＣ粒子与ＳｉＣ晶须共同增强的Ａｌ２Ｏ３基复合材料（ＳｉＣｐ－ＳｉＣｗ－Ａｌ２Ｏ３）在氮气氛中进行高温氮化处理，成功地实现了这些材料的开口气孔表面裂纹的愈合。研究表明：热等静压氯化工艺可以显著提高ＳｉＣ和Ａｌ２Ｏ３陶瓷的抗弯强度，对断裂韧性也有较大的改善作用。对于热等静压烧结ＳｉＣ陶瓷，在１８５０℃和２００ＭＰａ氮气压力下氯化处理１小时后，其抗弯强度和断裂韧性分别由５８２ＭＰａ和５．７ＭＰａ·ｍ１／２提高到９０７ＭＰａ和８．４ＭＰａ·ｍ１／２；对于热压烧结的ＳｉＣｐ－Ａｌ２Ｏ３复相陶瓷和ＳｉＣｐ－ＳｉＣｗ－Ａｌ２Ｏ３复合材料，在１７００℃和１５０ＭＰａ氮气压力下氮化处理１小时后，其室温抗弯强度分别由４６０和７０５ＭＰａ提高到８９５和１０３３ＭＰａ。

大尺寸亚微米硬质合金顶锤的热等静压研制

以超细晶WC-Co喷雾干燥混合粉为原料,通过成形、脱蜡、真空烧结和热等静压(HIP)等工序制备出?160 mm以上的大尺寸YG10X亚微米硬质合金顶锤。研究了真空烧结与HIP处理相匹配工艺,以及不同脱蜡气氛对顶锤组织和性能的影响。采用200~300℃×40 h缓慢的氢气连续脱蜡、匹配的烧结工艺辅以1 380℃热等静压制得的?188 mm顶锤,其组织均匀,晶粒细小,性能稳定,各部位横向断裂强度均高于4 100 MPa,顶锤平均使用寿命在9 000~11 500次以上。

烧结热等静压技术在硬质合金领域的应用

阐述了烧结热等静压技术(Sinter-HIP)在硬质合金领域应用的广阔前景。对钢铁研究总院开发研制的烧结热等静压机进行了介绍。

纳米硬质合金制备技术的研究

研究了 WC-Co纳米硬质合金的制备技术。采用强化球磨、添加晶粒长大抑制剂和低温加压烧结工艺 ,获得了 WC晶粒度接近 2 0 0 nm的硬质合金。研究了 VC和Cr3 C2 两种抑制剂加入量对合金组织、WC晶粒度和性能的影响以及抑制晶粒长大的机理。研究结果表明 ,添加 VC和 Cr3 C2 晶粒长大抑制剂十分有效的抑制了晶粒的长大 ,合金中的 WC晶粒度随抑制剂加入量的增加而细化。但过多的抑制剂不仅会导致碳化物在 WC/Co晶界上大量析出 ,而且也会增加孔隙度 ,结果增加了合金脆性 ,降低了合金的强度 ,其有害影响 VC比 Cr3 C2 更大。采用加压烧结可消除合金中的孔隙提高合金的强度。

“双高”超细合金的研制

以粒度为 0 8μm(FSSS)的超细WC粉及超细Co粉为原料 ,VC和Cr3C2 为抑制剂 ,用真空烧结加热等静压或气压烧结手段 ,制取了硬度HRA≥ 90 0、强度σ≥ 30 0 0MPa的高强、高硬系列超细硬质合金 。

热等静压技术的新进展——HIP’99国际会议情况简介

简述了 1999年 6月在北京召开的“HIP’99国际热等静压会议”的有关情况 ,包括国内外 HIP技术的发展态势及其在硬质合金与陶瓷科研生产中的应用。在近半个世纪的发展进程中 ,HIP技术经历了研制、开发、推广发展几个阶段 ,到 90年代进入一个新的发展时期。这一时期有四大特点 :1HIP工艺的设计逐步由经验型转变成科学型 ;2 HIP技术从国际间的交流逐步发展为国际间的联合研究 ;3HIP制品开始进入一些重要工程项目 ;4HIP技术正与其他高技术相结合 ,其应用前景进一步扩大。在硬质合金行业 ,已利用 HIP技术成功地制取了性能双高的超细合金、大压缸、大顶锤等尖端产品。在陶瓷领域 ,HIP技术更是一种提高产品质量的有效手段。文中通过一些具体事例对此作了扼要的介绍。