烧结碳化物材料及其制备方法
专利汇可以提供烧结碳化物材料及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种 烧结 碳 化物材料，包含WC、约3至约10重量％的Co和约0.5至约8重量％Re。所述烧结碳化物材料的等效总碳(ETC)含量相对于WC是约6.3重量％至约6.9重量％，且所述烧结碳化物材料基本上不含η相和游离碳。还公开了制造这种材料的方法和这种材料的用途。，下面是烧结碳化物材料及其制备方法专利的具体信息内容。
1.一种包含WC、Co和Re的烧结碳化物材料，其中：
所述烧结碳化物材料包含约3至约10重量％的Co和约0.5至约8重量％的Re；
所述烧结碳化物材料的等效总碳(ETC)含量相对于WC是约6.3重量％至约6.9重量％所述烧结碳化物材料基本上不含η相和游离碳。
2.根据权利要求1所述的烧结碳化物材料，其中所述烧结碳化物材料包含约0.5至约
6重量％的Re。
3.根据权利要求1或2的烧结碳化物材料，其中该材料中的WC具有小于约0.6μm的平均晶粒尺寸。
4.根据前述权利要求任何一项的烧结碳化物材料，其中所述烧结碳化物材料具有标称纯Co的磁饱和的至少约40％至约80％的磁饱和。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的烧结碳化物材料，其中所述碳化物相由具有至少约0.1μm到至多约10μm的平均晶粒尺寸的碳化物晶粒形成。
6.根据前述任何一项权利要求的烧结碳化物材料，其中所述烧结碳化物材料具有从约
2kA/m变化到约70kA/m的相关磁矫顽力。
7.根据前述任何一项权利要求的烧结碳化物材料，还包括以第二碳化物相的形式或溶解在所述材料中的粘合剂相的一种或多种金属的碳化物，所述一种或多种金属包括Ti、V、Cr、Mn、Zr、Nb、Mo、Hf和/或Ta。
8.根据前述任何一项权利要求的烧结碳化物材料，其中所述材料包含具有一种或多种残余压应力的粘合剂相。
9.根据权利要求8的烧结碳化物材料，其中该粘合剂相具有约-5MPa至约100MPa的一种或多种残余压应力。
10.根据权利要求8或9中任一项所述的烧结碳化物材料，其中所述粘合剂相包含含有Co、Re、W和C的粘合剂材料。
11.根据权利要求8或9任一项的烧结碳化物材料，其中所述粘合剂相包含粘合剂材料，该粘合剂材料包括Fe、Co和Ni中的一项或多项和Re，碳和W的固溶体。
12.根据前述权利要求任一项的烧结碳化物材料，其中所述碳化物相包含WC；和烧结碳化物材料具有的以kA/m计的矫顽力Hc等于或小于由下式给出的值：
-0.62
HC＝10×Dwc ，
所述矫顽力Hc作为基于碳化物显微组织的EBSD图确定的以μm计的WC平均晶粒尺寸Dwc的函数。
13.根据前述权利要求中的任一项烧结碳化物材料，其中所述材料在室温下和在至多约500℃的升高温度下具有大于约5500MPa的压缩强度。
14.根据权利要求13的烧结碳化物材料，其中该材料具有维氏硬度，且在300℃的硬度下降为至多约12％。
15.根据前述权利要求中任一项的烧结碳化物材料，其中所述材料具有维氏硬度，并且其中在500℃的硬度下降为至多约21％。
16.根据前述权利要求中任一项的烧结碳化物材料，其中所述材料的杨氏模量高于约
700GPa。
17.根据前述权利要求中任一项的烧结碳化物材料，其中通过以GPa计的维氏硬度乘
1/2
以以MPa m 计的断裂韧性计算出的硬度-韧性系数高于约190。
18.根据前述权利要求中的任一项的烧结碳化物材料，包含具有粘合剂材料的粘合剂相，该粘合剂材料包含在固溶体中和/或以碳化物化合物形式的至少约0.1重量％到至多约5重量％的V、Cr、Ta、Ti、Mo、Zr、Nb和Hf中的一种或多种。
19.根据前述权利要求中的任一项烧结碳化物材料，其中所述材料包含至少约0.01重量％和至多约2重量％的Ru、Rh、Pd、Os、Ir和Pt中一种或多种。
20.一种多晶超硬结构，包含：
包含权利要求1－19中任一项的烧结碳化物材料的基材；和
沿界面接合到基材的多晶超硬材料本体。
21.根据权利要求20的多晶超硬结构，其中多晶超硬材料本体包含多晶金刚石(PCD)材料。
22.根据权利要求20的多晶超硬结构，其中多晶超硬材料本体包含PCBN。
23.一种适用于钻进土中的旋转钻头的刀具，包含含有权利要求1－19中任一项的烧结碳化物材料的基材，该基材接合到多晶超硬材料本体。
24.一种PCD元件，用于钻进土中的旋转剪切钻头，用于冲击钻头，或用于沥青降解或采矿的镐，包括刀具元件，该刀具元件包含接合到权利要求1至19中任一项的烧结碳化物材料本体的多晶超硬材料本体。
25.一种用于钻进土中的钻头或钻头部件，包括如权利要求24所述的PCD元件。
26.制造权利要求1－19中任一项的烧结碳化物材料的方法，该方法包括：
－研磨烧结碳化物混合物，该烧结碳化物混合物含有WC和碳、以及Re、Co、Ni和/或Fe和任选晶粒生长抑制剂，所述晶粒生长抑制剂包含V、Cr、Ta、Ti、Mo、Zr、Nb和Hf或其碳化物中的一种或多种；
－从混合物压制烧结碳化物制品；
－在高于约1450℃的温度下在真空中烧结该制品约1到10分钟，且在Ar(HIP)压力下烧结约5到120分钟；和
－将所述制品从烧结温度冷却到约1300摄氏度(℃)。
27.根据权利要求26的方法，其中冷却所述制品的步骤包括在含有惰性气体，氮气，氢气或它们的混合物的一种或多种的气氛中，以约0.2至2度每分钟的冷却速度冷却所述制品。
28.根据权利要求26的方法，其中冷却所述制品的步骤包括在真空中以约0.2至2度每分钟的冷却速度冷却所述制品。
29.根据权利要求26至28中任一项所述的方法，其中研磨该烧结碳化物混合物的步骤包括研磨含有约0.5至约8重量％的Re的一种或多种碳化物以形成包含约0.5到约8重量％Re的烧结碳化物材料。
30.一种再利用权利要求1－19中任一项的烧结碳化物材料的方法，该方法包括：在保护气氛中与液体Zn熔化碳化物材料，使Zn蒸发以形成所得产物；和研磨所得到的产物从而从该产物回收Re。
31.一种再利用权利要求1－19中任一项的烧结碳化物材料的方法，该方法包括：使烧结碳化物材料经受酸浸出混合物以从烧结碳化物材料除去粘合剂相；和从除去的粘合剂相化学回收Co和Re。
32.一种再利用权利要求1－19中任一项的烧结碳化物材料的方法，该方法包括烧结碳化物材料的氧化以溶解碳化物、Re和Co，和回收Re。
33.一种在高压部件中使用烧结碳化物材料用于合成金刚石或c-BN或制造的多晶金刚石或c-BN的用途，所述高压部件在高于5GPa的压力和高于1100℃的温度下操作，其中所述烧结碳化物材料包含：
一种或多种金属的碳化物，其为第二碳化物相的形式，或溶于所述材料中的粘合剂相，所述一种或多种金属包含Ti、V、Cr、Mn、Zr、Nb、Mo、Hf和/或Ta；
约0.5至约8重量％的Re和约3至约10重量％Co；
烧结碳化物材料的等效总碳(ETC)含量相对于WC为约6.3重量％至约6.9重量％该烧结碳化物材料基本上不含η相和游离碳。
34.根据权利要求33所述的烧结碳化物材料的用途，其中所述烧结碳化物材料包含约
0.5至约6重量％的Re。
35.根据权利要求33或34中任一项所述的烧结碳化物材料的用途，其中所述材料中的WC具有小于约0.6μm的平均晶粒尺寸。
36.根据权利要求33至35中的任一项所述的烧结碳化物材料的用途，其中所述烧结碳化物材料具有标称纯Co的磁饱和的至少约40％到约80％的磁饱和。
37.根据权利要求33至36中任一项所述的烧结碳化物材料的用途，其中由具有至少为约0.1μm到至多约10μm的平均晶粒尺寸的碳化物晶粒形成所述碳化物相。
38.根据权利要求33至37中任一项所述的烧结碳化物材料的用途，其中所述烧结碳化物材料具有从约2kA/m变化到约70kA/m的相关磁矫顽力。
39.根据权利要求33至38中任一项所述的烧结碳化物材料的用途，其中所述碳化物相包含WC。
40.根据权利要求33至39中任一项所述的烧结碳化物材料的用途，所述烧结碳化物材料包含粘合剂相，该粘合剂相具有包含Co、Re、W和C的粘合剂材料。
41.根据权利要求33至39中任一项所述的烧结碳化物材料的用途，所述烧结碳化物材料包含粘合剂相，该粘合剂相具有粘合剂材料，该粘合剂材料包含Fe、Co和Ni中的一种或多种和Re，碳和W的固溶体。
42.根据权利要求33至41中任一项所述的烧结碳化物材料的用途，其中所述碳化物相包含WC；和烧结碳化物材料具有的以kA/m计的矫顽力Hc等于或小于由下式给出的值：
-0.62
HC＝10×Dwc ，
所述矫顽力Hc作为基于碳化物显微组织的EBSD图确定的以μm计的WC平均晶粒尺寸Dwc的函数。
43.根据权利要求33至42中任一项所述的烧结碳化物材料的用途，其中所述材料具有维氏硬度，并且其中相比在室温下，在300℃下的硬度下降是至多20％。
44.根据权利要求43所述的烧结碳化物材料的用途，其中在300℃下所述硬度下降为至多17％。
45.根据权利要求33至44中任一项所述的烧结碳化物材料的用途，其中该材料具有维氏硬度，并且其中在500℃的硬度下降为至多30％。
46.根据权利要求45中所述的烧结碳化物材料的用途，其中在500℃的所述硬度下降为至多27％。
47.根据权利要求33至46中任一项所述的烧结碳化物材料的用途，其中通过以GPa计
1/2
的维氏硬度乘以以MPa m 计的断裂韧性计算出的硬度-韧性系数高于150。
48.根据权利要求33至47中任一项所述的烧结碳化物材料的用途，其中所述材料包含具有粘合剂材料的粘合剂相，该粘合剂材料包含固溶体中和/或碳化物化合物形式的至少约0.1重量％到至多约5重量％的V、Cr、Ta、Ti、Mo、Zr、Nb和Hf中一种或多种。
49.根据权利要求33至48中任一项所述的烧结碳化物材料的用途，其中所述材料包含至少约0.01重量％到至多约2重量％的Ru、Rh、Pd、Os、Ir和Pt中的一种或多种。
50.一种烧结碳化物材料，基本上如前面参照任意实施方案描述的那样，所述实施方案示于附图中。
51.一种生产烧结碳化物材料的方法，基本上如前面参照任意实施方案描述的那样，所述实施方案示于附图中。
烧结碳化物材料及其制备方法
技术领域
背景技术
13(1970)13-31)” 和 I.Konyashin，S.Hlawatschek，B.Ries，F.Lachmann，T.Weirich，F.Dorn，A.Sologubenko on the"Mechanism of WC Coarsening in WC-Co Hardmetals with Various Carbon Contents"，International Journal of Refractory Metals 和 Hard Materials，27(2009)234-243"]。当碳含量比该范围的碳含量低或高时，附加相(例如η相或游离碳)出现在碳化物显微组织中，导致WC-Co材料的机械性能例如压缩强度、横向断裂强度和断裂韧性的显著下降。
克(μT.m/Kg)，和纯Co饱和感应(也称为磁饱和)4πσ是201.9μT.m/Kg。粘合剂内的钨含量可以从测量磁矩σ，或磁饱和，MS＝4πσ测定，这些值具有与钨含量的反比关系(Roebuck(1996)，"Magnetic moment(saturation)measurements on cemented carbide materials"，Int.J.Refractory Met，Vol.14，pp.419-424)。
(ECD)。根据等式ECD＝(4A/π) ，通过测量在抛光表面暴露的各颗粒的面积A和计算具有相同面积A的圆的直径获得ECD(参见ISO FDIS 13067 3.3.2节Microbeam analysis－Electron Backscatter Diffraction-Measurement of average grain size."，International Standards Organisation Geneva，Switzerland，2011)。
70kA/m的相关磁矫顽力。
500℃和800℃下，在Ar气氛中，根据DIN ISO 3878在冶金横截面上进行硬度测量。在实现升高的温度后，将横截面退火10分钟，之后，在30kgf的负载下制出维氏压痕，且施加负载
15秒。测量了含有Co粘合剂的常规烧结碳化物材料和含有Co－Re粘合剂的烧结碳化物材料的实施方案的硬度值，对于传统的材料和实施方案的材料，计算了在升高温度下相比于室温的硬度下降。
30分钟的HIP)。在1540℃烧结后，以每分钟0.5度的速率将生坯冷却到1300℃，之后以未受控制的速率降至室温。在手工粉碎后，借助于LECO WC600仪器对烧结样品测量碳含量，并测定为等于5.85重量％，提供了等效总碳(ETC)含量相对于WC等于6.44重量％的证据。
＝10.5MPa m ，和TRS＝3700MPa。因此，通过维氏硬度(以GPa计)乘以断裂韧性(以
1/2
MPa m 计)计算的硬度-韧性系数等于195。测定WC-Co-Re烧结碳化物的压缩强度为
6020MPa，且其杨氏模量等于712GPa。发现其在300℃下的热硬度等于16.9GPa和在500℃下等于14.9GPa，相应地提供了在升高的温度下硬度下降为约9.1％和19.8％的证据。当从室温升高到300℃和500℃时，压缩强度几乎没有变化。
September 2005，使用标准iso.Inclination sinψ技术进行残余应力的测量。
比例的粘合剂相)的磁矩等于9.2Gcm/g，它是具有6％标称纯Co的烧结碳化物的理论值
1/2
95.2％，矫顽力为270Oe，HV20＝1610或16.1GPa，K1C＝9.5MPa m ，TRS＝2900MPa，压缩强度5200GPa和杨氏模量为640GPa。测定其WC平均晶粒尺寸等于0.59μm。发现其热硬度在300℃下等于12.1GPa和在500℃下等于8.1GPa，提供了硬度下降相应地为约25％和
49％的证据。
2ρ.CT(1+υ),其中υ＝(1-2(CT/CL))/(2-2(CT/CL)),通过测量通过材料的声音速度的横向和纵向分量进行的，其中CL和CT分别是声音穿过它的速度的横向和纵向速度，且ρ是材料的密度。声音的纵向和横向的速度使用超声波来测量，如本领域中公知的那样。如果材料是不同材料的复合物，平均杨氏模量可以通过如下三种公式之一进行估算：即谐波、几f1 f2
何和混合式规则：E＝1/(f1/E1+f2/E2))；E＝E1 +E1 ；和E＝f1E1+f2E2；其中不同的材料被分成两部分，各自的体积分数为f1和f2，其和为一。
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