新型碳化钨复合材料及其制备方法技术领域
本发明属于新材料领域，具体涉及一种新型碳化钨复合材料及其制备方法。
背景技术
WC-Co硬质合金，是一种常见的、重要的硬质合金种类(YG系列)，广泛地应用于现
代刀具材料、耐磨、耐腐蚀和耐高温材料领域，有现代工业的牙齿之称。纯WC材料很难烧结
致密，即使烧结致密，烧结温度也往往在2000℃以上，如此高的烧结温度对设备本身也是一
种损害，并且烧结后断裂韧性只有4MPa·m1/2。Co作为WC烧结时的一种粘结相，WC有非常好
的润湿性，同时能使WC烧结温度降低到1400℃，烧结时Co成为液相，大大增加WC颗粒扩散速
率，使烧结致密，烧结后碳化钨复合材料通常断裂韧性为12MPa·m1/2。然而，中国的Co资源
极其匮乏，严重依赖进口。随着各国对一些战略性资源的限制出口，国际Co价格上涨的动力
十分强劲，Co原料的供应也存在很多不稳定因素。同时Co作为一种粘结剂，降低了WC材料的
硬度，耐腐蚀性和耐高温性，限制了WC材料在某些极端服役环境下的应用。因此，寻找一种
常见的来源广泛的，并且在WC中不形成粘结相的材料来替代Co，摆脱对国外的依赖，同时提
高WC类硬质合金的硬度和高温性能就显得非常重要。目前在对无粘结相WC材料的研究中，
添加陶瓷相是一种思路，陶瓷材料由于具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损等优良性能而受到重
视，但是由于脆性问题(韧性、塑性低，强度不高，性能稳定性和可控性差)使其应用相当受
限。
本发明拟提供一种新型碳化钨复合材料及其制备方法，选择新的材料代替Co，制
备得到高强度、高耐磨性、低粘结度的碳化钨复合材料。
发明内容
本发明要解决的技术问题为：现有碳化钨复合材料难以同时满足高强度、高耐磨
性和低粘度的要求的问题。
本发明解决技术问题的技术方案为：提供一种新型碳化钨复合材料及其制备方
法。
本发明的新型碳化钨复合材料，其组成包括：按重量份数计，WC 80-82份，Al2O3 4-
6份，ZrO2 5-8份，钴2-4份、二氧化锗3-6份，钨粉3-5份。
其中，上述新型碳化钨复合材料中，其组成还包括，占其余原料总量1-3％的钼粉。
其中，上述新型碳化钨复合材料中，所述的WC的粒径为100-150um。
其中，上述新型碳化钨复合材料中，所述的钴的粒径为50-100um。
其中，上述新型碳化钨复合材料中，所述的钨粉的纯度为99.9％。
本发明还提供一种上述新型碳化钨复合材料的制备方法，包括以下步骤：
a、将WC粉末和钨粉按比例混合，并加热至500～600℃，保温15～20min，使得碳化
钨表面脱碳形成钨和氧化钨的混合物，再通入氩气还原，并加热至650～750℃，保温10-
20min，制得钨和碳化钨的复合粉末；
b、将Al2O3，ZrO2，钴和二氧化锗按比例称好后，加入步骤a中所述的复合粉末中，再
加入100-150份的乙醇或水，混合球磨15-30min，形成混合浆料；
c、将混合浆料干燥至水分或乙醇的量≤1％，置于烧结炉中烧结，烧结温度为
1400-1500℃，压力为40-50MPa，保温时间为10-15min。
其中，上述新型碳化钨复合材料的制备方法中，步骤c中所述的烧结温度要在3-
5min内由室温升至1400-1500℃。
本发明的有益效果为：本发明制备的WC复合材料是一种由Al2O3和ZrO2陶瓷增韧的
WC复合材料，具有很高的硬度、耐磨性和抗氧化性能，以及较好的韧性，适合作为刀具、钻头
或模具材料；由于Al2O3和ZrO2之间、WC和ZrO2之间可形成固溶体，促进复合材料的致密化，
使得该三元复合材料在1400℃烧结时近乎全致密，实现了在较低温度下制取致密的无粘结
相WC复合材料，节能高效；本发明还先将WC表面镀上钨粉镀层，能防止粘结相的产生，有效
的提高了WC复合材料的耐磨性和韧性。本发明方法操作简单，原料易得，成本低廉，适宜推
广使用。
具体实施方式
本发明提供了一种新型碳化钨复合材料，其组成包括：按重量份数计，WC 80-82
份，Al2O3 4-6份，ZrO2 5-8份，钴2-4份、二氧化锗3-6份，钨粉3-5份。
其中，上述新型碳化钨复合材料中，其组成还包括，占其余原料总量1-3％的钼粉。
其中，上述新型碳化钨复合材料中，所述的WC的粒径为100-150um。
其中，上述新型碳化钨复合材料中，所述的钴的粒径为50-100um。
其中，上述新型碳化钨复合材料中，所述的钨粉的纯度为99.9％。
本发明还提供一种上述新型碳化钨复合材料的制备方法，包括以下步骤：
a、将WC粉末和钨粉按比例混合，并加热至500～600℃，保温15～20min，使得碳化
钨表面脱碳形成钨和氧化钨的混合物，再通入氩气还原，并加热至650～750℃，保温10-
20min，制得钨和碳化钨的复合粉末；
b、将Al2O3，ZrO2，钴和二氧化锗按比例称好后，加入步骤a中所述的复合粉末中，再
加入100-150份的乙醇或水，混合球磨15-30min，形成混合浆料；
c、将混合浆料干燥至水分或乙醇的量≤1％，置于烧结炉中烧结，烧结温度为
1400-1500℃，压力为40-50MPa，保温时间为10-15min。
其中，上述新型碳化钨复合材料的制备方法中，步骤c中所述的烧结温度要在3-
5min内由室温升至1400-1500℃。
本发明的新型碳化钨复合材料中，以碳化钨为主要原料，配合使用陶瓷材料Al2O3，
ZrO2，三者形成稳定的三相结构，结构致密，增强了复合材料的耐磨性，并且不影响碳化钨
材料本身的硬度；同时，还添加了钴、二氧化锗、钨粉等金属材料，还可以添加一定量的钼
粉，增强复合材料的耐高温性能和抗氧化性能，制备的复合材料耐高温性好、耐磨性强，还
避免了粘结相的形成，结构更稳定。
在制备工艺上，本发明先将钨粉镀于碳化钨颗粒的表面，防止了粘结相的产生，有
效的稳定了碳化钨的硬度和耐磨性。
下面通过实施例对本发明的具体实施方式做进一步的解释说明，但不表示将本发
明的保护范围限制在实施例所述范围内。
实施例1用本发明方法制备碳化钨复合材料
所述原料组成为：WC 80份，Al2O3 4份，ZrO2 5份，钴2份、二氧化锗3份，钨粉3份。
制备步骤如下：
a、将WC粉末和钨粉按比例混合，并加热至500℃，保温15min，使得碳化钨表面脱碳
形成钨和氧化钨的混合物，再通入氩气还原，并加热至650℃，保温10min，制得钨和碳化钨
的复合粉末；
b、将Al2O3，ZrO2，钴和二氧化锗按比例称好后，加入步骤a中所述的复合粉末中，再
加入100份的水，混合球磨15min，形成混合浆料；
c、将混合浆料干燥至水分或乙醇的量≤1％，置于烧结炉中烧结，烧结温度为1400
℃，压力为40MPa，保温时间为10min。
实施例2用本发明方法制备碳化钨复合材料
所述原料组成为：WC 82份，Al2O3 6份，ZrO2 8份，钴4份、二氧化锗3份，钨粉3份。
制备步骤如下：
a、将WC粉末和钨粉按比例混合，并加热至600℃，保温20min，使得碳化钨表面脱碳
形成钨和氧化钨的混合物，再通入氩气还原，并加热至750℃，保温20min，制得钨和碳化钨
的复合粉末；
b、将Al2O3，ZrO2，钴和二氧化锗按比例称好后，加入步骤a中所述的复合粉末中，再
加入150份的乙醇，混合球磨30min，形成混合浆料；
c、将混合浆料干燥至水分或乙醇的量≤1％，置于烧结炉中烧结，烧结温度为1500
℃，压力为50MPa，保温时间为15min。
实施例3用本发明方法制备碳化钨复合材料
所述原料组成为：WC 80份，Al2O3 6份，ZrO2 8份，钴4份、二氧化锗3份，钨粉5份，钼
粉2份。
制备步骤如下：
a、将WC粉末和钨粉按比例混合，并加热至550℃，保温18min，使得碳化钨表面脱碳
形成钨和氧化钨的混合物，再通入氩气还原，并加热至700℃，保温15min，制得钨和碳化钨
的复合粉末；
b、将Al2O3，ZrO2，钴，钼粉和二氧化锗按比例称好后，加入步骤a中所述的复合粉末
中，再加入120份的水，混合球磨20min，形成混合浆料；
c、将混合浆料干燥至水分或乙醇的量≤1％，置于烧结炉中烧结，烧结温度为1450
℃，压力为45MPa，保温时间为13min。
实施例4用本发明方法制备碳化钨复合材料
所述原料组成为：WC 80份，Al2O3 6份，ZrO2 5份，钴4份、二氧化锗6份，钨粉5份。
制备步骤如下：
a、将WC粉末、钨粉、Al2O3，ZrO2，钴和二氧化锗按比例称好后，加入150份的乙醇，混
合球磨20min，形成混合浆料；
b、将混合浆料干燥至水分或乙醇的量≤1％，置于烧结炉中烧结，烧结温度为1400
℃，压力为50MPa，保温时间为15min。
将实施例中制备得到的各复合材料进行性能测定，得到如下表1所示的结果。
表1不同碳化钨复合材料的性能表
由实施例可知，采用本发明的原料配比和生产工艺相结合，能制备得到结构致密、
硬度高、耐磨性好的碳化钨复合材料，具有重要的经济效益。