【摘 要】
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Ti（C,N）基金属陶瓷被认为是WC-Co硬质合金的代替品。其一,Ti（C,N）基金属陶瓷硬度高、耐磨性好、高强度、化学稳定性和在高温下的抗塑性变形能力以及相对低廉的生产成本。其二,相较WC-Co硬质合金,Ti（C,N）基金属陶瓷刀具能使加工表面更加光洁,且易于控制切屑工件的几何精度,填补了不锈钢和碳钢的半精加工和精加工。但是它的韧性较差严重影响了它的发展和应用。本文采用放电等离子烧结（SPS）方
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Ti（C,N）基金属陶瓷被认为是WC-Co硬质合金的代替品。其一,Ti（C,N）基金属陶瓷硬度高、耐磨性好、高强度、化学稳定性和在高温下的抗塑性变形能力以及相对低廉的生产成本。其二,相较WC-Co硬质合金,Ti（C,N）基金属陶瓷刀具能使加工表面更加光洁,且易于控制切屑工件的几何精度,填补了不锈钢和碳钢的半精加工和精加工。但是它的韧性较差严重影响了它的发展和应用。本文采用放电等离子烧结（SPS）方式,通过添加碳化钼、石墨烯、碳纳米管及其复合材料来改善Ti（C,N）基金属陶瓷的韧性。主要研究不同添加剂及原料粒度对Ti（C,N）基金属陶瓷的显微结构、力学性能和表面结合状态等的影响。结果表明:（1）空白组（Ti（C,N）-WC-Co）的硬度为HV1670.67,密度为5.461g/m~3,断裂韧性为5.5MPa·m1/2。当碳纳米管含量为0.4wt.%时,Ti（C,N）基金属陶瓷的硬质相的平均晶粒尺寸在0.5-1.0μm,并且分散较为均匀。其硬度（HV3050.29）和断裂韧性(10.9MPa·m1/2)相较于空白组（Ti（C,N）-WC-Co）分别提高了82.58%、98.18%。（2）当石墨烯含量为0.6wt.%,烧结条件为1450℃、8min、35MPa,其硬度和断裂韧性达到最大值HV2415.40、10.6MPa·m1/2,分别比空白组提高了44.58%,92.73%。（3）当Mo2C含量为6wt.%,烧结温度为1450℃,保温时间为16min,烧结压力为25MPa时试样的硬度、密度和断裂韧性分别为HV2731.09、6.273g/m~3和10.1MPa·m1/2。相比Mo2C含量为0wt.%时分别提高了63.47%、14.81%和83.64%。（4）以Mo2C含量为6wt.%,碳纳米管含量为0.4wt.%作为复合添加剂。在烧结条件为1450℃、12min、35MPa时试样的硬度为HV2263.31,密度为6.381g/m~3,断裂韧新为8.1MPa·m1/2。比空白组分别提高了35.47%、16.85%和47.27%。（5）当微米级Ti（C,N）和纳米级Ti（C,N）的质量比为8:2,烧结条件分别为1450℃、12min、35MPa时的Ti（C,N）基金属陶瓷的硬度、密度和断裂韧性分别为HV1175.71、5.655g/cm~3、7.5MPa·m1/2。其中硬度降低了29.63%,密度和断裂韧性分别提高了3.6%、36.36%。（6）碳纳米管具有极高的弹性模量、较高的强度、很好的变形能力,少量碳纳米管的加入显著提高了金属基复合材料的杨氏模量和强度。添加碳纳米管后,裂纹通过Ti（C,N）晶粒时所需的能量增大,导致裂纹发生偏转,从而有助于提高陶瓷材料的韧性。（7）与未添加石墨烯相比,加了石墨烯的材料的综合力学性能得到很大的改善,组织变得更加致密,韧性和硬度同时有了大幅度的提高。但是当石墨烯达到一定含量后,会造成WC的过多析出,进而使环相的厚度增加,综合性能下降。
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