【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于复合材料领域，具体涉及一种碳化钨-氮化硅复合材料及其放电等离子烧结方法。
技术介绍
1、氮化硅陶瓷材料在高温下有着优异的力学性能和化学稳定性，被广泛地用于制造各种耐火以及抗腐蚀部件，而碳化钨基硬质合金有着高弹性模量和韧性等良好的室温力学性能被广泛地应用于航天器材、矿山工具以及切削工具等。氮化硅陶瓷和碳化钨基硬质合金分别在高温和低温条件下有着优异的机械性能。因此，制备一种碳化钨-氮化硅复合结构材料，进而实现该材料在高温低温分布不同的环境下的应用，例如液态金属电池密封材料以及切削刀具棒料等。
2、传统的碳化钨基硬质合金由钴作为金属粘结剂，其烧结温度在1350℃左右，而氮化硅陶瓷的烧结温度在1650℃左右，这就给碳化钨-氮化硅复合结构材料的连接带来了巨大的困难，常规的连接方式为通过agcuti钎料实现碳化钨和氮化硅的钎焊连接，但是由于碳化钨和氮化硅的热膨胀系数差异较大，在钎焊过程中容易产生较大的残余应力，进而导致连接强度低甚至连接处开裂的现象。为了避免钎焊带来的这些缺点，人们采用多次放电等离子烧结实现碳化钨-氮化硅复合结构材料的连接，即先在1650℃的温度下烧结出氮化硅材料部分，然后将烧结好的氮化硅部分再次放入石墨模具中，并填入碳化钨粉末，在1350℃下实现碳化钨-氮化硅叠层梯度复合结构材料的烧结连接。这种多次烧结连接的制备工艺不仅浪费能源，生产效率低，而且制备的叠层梯度复合结构材料由于多次烧结使得晶粒过度生长，进而导致制备的材料力学性能差。此外，因为碳化钨和氮化硅热膨胀系数差异大，烧结得到的材料存在较大的残
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种适用于高温低温分布不同工作环境的碳化钨基硬质合金-氮化硅陶瓷复合结构材料，采用叠层梯度的过渡结构缓解因为热膨胀系数差异大导致的烧结过程中产生的残余应力过大，并且解决该复合结构材料放电等离子烧结难度大且需多次烧结的问题，提供一种碳化钨-氮化硅复合材料及其放电等离子烧结连接方法。
2、实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于放电等离子烧结碳化钨-氮化硅复合材料的方法，包括如下步骤：
3、步骤(1)：分别制备氮化硅基混合粉末、碳化钨基混合粉末和过渡层混合粉末；氮化硅基混合粉末的组分质量配比为：si3n492～96wt％、y2o31～3wt％、mgsin21～3wt％、al2o31～3wt％；碳化钨基混合粉末的组分质量配比具体为：wc92～96wt％、si3n41～4wt％、y2o31～3wt％、al2o31～3wt％；过渡层部分由5～10个子层构成，过渡层混合粉末相应的为5～10组，过渡层混合粉末的组分质量配比为xwc+(1-x)si3n4，其中x取值范围在10～90wt％，x为wc粉末的质量百分比，过渡层的总厚度为5～10mm；
4、步骤(2)：将制备好的粉末按照碳化钨基混合粉末-过渡层混合粉末-氮化硅基混合粉末依次填入石墨模具中；
5、步骤(3)：将装填好粉末的模具放入放电等离子烧结炉中进行烧结。
6、进一步的，步骤(1)中的氮化硅基混合粉末、碳化钨基混合粉末和过渡层混合粉末均采用湿混球磨的方法制备，球磨后的混合粉末真空干燥，真空冷却至室温后过筛。
7、进一步的，步骤(1)中湿混球磨的介质为无水乙醇，氮化硅球与混合粉末的质量比为8:1，转速为200～250r/min，球磨时间为12～24h。
8、进一步的，步骤(1)中的“真空干燥，真空冷却至室温后过筛”具体为：将球磨后的混合粉末放入100～120℃真空干燥箱中干燥，真空冷却至室温后研磨，过100目筛。
9、进一步的，步骤(2)具体为：将石墨模具内壁覆一层石墨纸，将碳化钨基混合粉末填入石墨模具中，将wc含量不同的过渡层混合粉末按照wc含量由高到低依次填入已填有碳化钨基混合粉末的石墨模具中，最后将氮化硅基混合粉末填入石墨模具中。
10、进一步的，石墨纸的厚度为0.2±0.02mm。
11、进一步的，步骤(3)烧结具体为：对装填有混合粉末的石墨模具的压头施加30～60mpa压力，以升温速率30～100℃/min升至1600～1700℃，并保温5～10min，然后随炉冷却至室温。
12、一种碳化钨-氮化硅复合材料，采用上述的方法制备。
13、本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：
14、(1)本专利技术采用氧化钇、氮化硅和氧化铝作为烧结助剂代替传统碳化钨硬质合金中的钴粘结相，因为在放电等离子烧结过程中钴会在1200℃左右产生液相，从而使得碳化钨硬质合金在1400℃左右完成烧结，而本专利技术采用的烧结助剂在烧结过程中产生玻璃相的温度为1450℃左右，这就使得该碳化钨材料的烧结温度提升至1650℃左右，同时还保证了所制备的碳化钨材料的力学性能，从而实现了碳化钨—氮化硅复合材料的一次性放电等离子烧结连接，避免了因为碳化钨和氮化硅烧结温度不同而进行多次放电等离子烧结连接导致的连接强度低、材料力学性能差的问题，进一步提高了碳化钨基硬质合金—氮化硅陶瓷复合结构材料力学性能。
15、(2)本专利技术制备的碳化钨基硬质合金-氮化硅陶瓷复合结构材料的碳化钨基硬质合金端和氮化硅陶瓷端由多层碳化钨-氮化硅含量梯度变化的复合材料作为过渡层来连接，避免了因为钎焊时两种材料热膨胀系数差异大导致的连接强度低的问题；该材料兼备了碳化钨硬质合金优异的室温力学性能以及氮化硅陶瓷优异的高温力学性能，可适用于高温低温分布不同的工作环境，具有推广价值。
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1.一种基于放电等离子烧结碳化钨-氮化硅复合材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中的氮化硅基混合粉末、碳化钨基混合粉末和过渡层混合粉末均采用湿混球磨的方法制备，球磨后的混合粉末真空干燥，真空冷却至室温后过筛。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(1)中湿混球磨的介质为无水乙醇，氮化硅球与混合粉末的质量比为8:1，转速为200～250r/min，球磨时间为12～24h。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(1)中的“真空干燥，真空冷却至室温后过筛”具体为：将球磨后的混合粉末放入100～120℃真空干燥箱中干燥，真空冷却至室温后研磨，过100目筛。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(2)具体为：将石墨模具内壁覆一层石墨纸，将碳化钨基混合粉末填入石墨模具中，将WC含量不同的过渡层混合粉末按照WC含量由高到低依次填入已填有碳化钨基混合粉末的石墨模具中，最后将氮化硅基混合粉末填入石墨模具中。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，石墨
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(3)烧结具体为：对装填有混合粉末的石墨模具的压头施加30～60MPa压力，以升温速率30～100℃/min升至1600～1700℃，并保温5～10min，然后随炉冷却至室温。
8.一种碳化钨-氮化硅复合材料，其特征在于，采用权利要求1～7任一项所述的方法制备。
...【技术特征摘要】
1.一种基于放电等离子烧结碳化钨-氮化硅复合材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中的氮化硅基混合粉末、碳化钨基混合粉末和过渡层混合粉末均采用湿混球磨的方法制备，球磨后的混合粉末真空干燥，真空冷却至室温后过筛。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(1)中湿混球磨的介质为无水乙醇，氮化硅球与混合粉末的质量比为8:1，转速为200～250r/min，球磨时间为12～24h。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(1)中的“真空干燥，真空冷却至室温后过筛”具体为：将球磨后的混合粉末放入100～120℃真空干燥箱中干燥，真空冷却至室温后研磨，过100目筛。
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