KR20150000631A

KR20150000631A - METHOD FOR PREPARING PLATELET WC POWDER AND WC-Co CEMENTED CARBIDE CONTAINING PLATELET WC

Info

Publication number: KR20150000631A
Application number: KR20130072963A
Authority: KR
Inventors: 강신후
Original assignee: 서울대학교산학협력단
Priority date: 2013-06-25
Filing date: 2013-06-25
Publication date: 2015-01-05

Abstract

본 발명은 판상 WC 분말 및 판상 WC를 포함하고 있는 WC-Co 초경의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 적어도 WO₃를 포함한 텅스텐 소스와 탄소 소스를 혼합하고 이를 고에너지 밀링으로 분쇄한 후 환원/탄화 처리한 판상 WC 분말 제조 방법과 이 분말을 Co, Ni, Fe로 이루어진 군에서 선택된 한 가지 이상의 금속과 혼합하고 이를 성형/소결하여 판상의 aspect ratio (length-to-thickness ratio)가 10 이상이며 이의 부피분율이 전체 탄화물 부피분율의 50% 이상이 되는 WC를 포함하고 있는 WC-Co 초경 제조 방법에 대한 것이다. The present invention relates to a method for producing a WC-Co carbide including a plate-shaped WC powder and a plate-like WC. More particularly, the present invention relates to a method for producing a plate-shaped WC powder by mixing a tungsten source containing at least WO ₃ and a carbon source, pulverizing the powder by high-energy milling and reducing / carbonizing the powder, (WC) having a longitudinal aspect ratio (length-to-thickness ratio) of 10 or more and a volume fraction thereof of 50% or more of the total carbide volume fraction by mixing / molding with one or more metals selected from the group WC-Co < / RTI >

Description

BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a method of manufacturing a carbide powder containing plate-shaped WC powder and plate-shaped WC,

기계 산업에 필요한 금속 절삭 가공 등에 활용되는 주된 절삭 공구 또는 내마모성 공구들에는 WC 계열의 초경합금, TiC나 Ti(CN) 계열의 각종 서멧(cermet) 합금, 기타 세라믹 또는 고속도강 등이 이용된다.WC-based cemented carbide, various cermet alloys of TiC or Ti (CN) series, and other ceramics or high-speed steel are used as main cutting tools or wear resistant tools used for metal cutting necessary for the machine industry.

그 중에서 초경합금은 예컨대 WC와 Co, Ni 및 Fe 등의 결합상 금속을 주성분으로 하고 이에 주기율표 중에서 IVa, Va, VIa 족(Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo 그리고 W) 금속의 탄화물, 질화물, 그리고 탄질화물 등을 첨가물로 함유하는 세라믹-금속 복합 분말의 소결체를 말한다.Among them, the cemented carbide is composed mainly of WC, Co, Ni and Fe as the main component, and the Group IVa, Va, and VIa (Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo and W) Of a ceramic-metal composite powder containing carbides, nitrides, and carbonitrides as an additive.

다른 탄화물, 탄질화물 공구소재에 비해 인성이 뛰어난 WC를 이용하여 초경을 제조하는 경우, 소결 시 액상 금속으로서 Co 등 결합상 금속을 사용하게 되는데, 이 경우, WC-Co 계면간 적심각(wetting angle)이 작아 WC의 입 성장은, 비정상 입자 성장조건이 제공되는 경우를 제외하고는, 대부분 각진 모양(faceted shape)의 등축(equiaxial) 성장으로 나타나기 때문에 대부분의 경우에 있어서 등축 다면체의 형상을 지니게 된다.In the case of carbide manufacturing using WC which is superior in toughness compared with other carbide and carbonitride tool materials, a cohesive metal such as Co is used as a liquid metal in sintering. In this case, WC-Co wetting angle ) Is so small that the grain growth of the WC is in the form of equiaxed polyhedra in most cases because it appears as equiaxial growth of mostly faceted shapes, except when abnormal grain growth conditions are provided .

파괴역학 (fracture mechanics) 관점에 의하면 고인성 소재를 설계하는 경우 장폭의 비(aspect ratio)가 높은 봉상(rod shape) 혹은 판상(platelet shape)의 소재를 미세구조 내에 큰 분율로 지니게 되면 기존 등축(equiaxial)형상의 소재에 비해 인성을 현저히 높일 수 있다. 즉 기존의 등축 WC가 높은 장폭비(aspect ratio)의 판상(platelet shape) WC로 대체될 수 있다면, 균열이 진행하는 경우에 길이가 긴 WC 입자를 돌아 진행하거나 WC를 파괴하여야만 균열이 계속 진행할 수 있으므로 균열에 대한 저항력이 한층 높아지게 된다. 이러한 형상의 WC 소재를 사용하게 되면 더 높은 인성을 기대할 수 있다. 따라서 이에 대한 필요성에 의해 판상 WC를 제조하고 Co와 소결하여 상기의 미세구조를 얻으려는 많은 시도가 있었으나 제조과정이 복잡하고 판상의 부피 비 조정이나 형상제어에 한계가 있었다.From the viewpoint of fracture mechanics, when a high-tough material is designed, if a rod shape or a platelet shape material having a high aspect ratio is contained in a large proportion in the microstructure, it is possible to remarkably increase the toughness as compared with an equiaxial material. That is, if the conventional equiaxed WC can be replaced by a platelet shape WC having a high aspect ratio, if the crack progresses, the long WC particles must be turned back or the WC must be broken to continue the cracking Therefore, the resistance against cracking becomes higher. Higher toughness can be expected if WC material of this shape is used. Therefore, there have been many attempts to produce the above-mentioned microstructure by preparing plate-shaped WC and sintering with Co according to the necessity, but the manufacturing process is complicated, and the volume ratio adjustment and shape control of the plate shape have been limited.

너비 대 높이비(aspect ratio)가 상당히 큰 판상 형태의 WC도 1960년대 듀퐁사의 G.Meadows에 의해 최초로 발견된 후 50여년간 연구되어 왔다. 특히 판상의 WC가 Co 내에 존재할 경우, crack의 전파를 효과적으로 하여 소결체의 인성을 향상시킬 수 있는 장점으로 인해 그동안 연구가 활발히 진행되어 왔다 [5]. WCs with a much wider aspect ratio have been studied for more than 50 years after being first discovered by G.Meadows of DuPont in the 1960s. Particularly, when WC is present in the Co, the crack propagation is effective and the toughness of the sintered body can be improved.

판상 형태의 WC는 (1) 초미립 WC 분말의 밀링 또는 WC-TiC 분말의 밀링 후 Co 내에서의 액상소결을 통하여 WC가 용해/재석출을 통해 recrystallization되는 과정 (Meadows-Shatov route) (2) Co₃W₃C와 같은 중간상(η상)의 반응소결을 통해 판상이 형성되는 과정, 이렇게 두 가지로 설명되어왔다[6]. The plate-like WC is composed of (1) Meadows-Shatov route (2) in which WC is recrystallized through dissolution / re-precipitation through milling of ultrafine WC powder or milling of WC-TiC powder, And the process of forming a plate phase by reaction sintering of intermediate phase (η phase) such as Co ₃ W ₃ C [6].

본 출원에서는 WO₃를 포함한 텅스텐 소스와 탄소 소스를 혼합하고 이를 고에너지 밀링으로 분쇄한 후 환원 및 탄화 처리하여 판상 WC 분말을 제조하고 이 분말을 Co, Ni, Fe로 이루어진 군에서 선택된 한 가지 이상의 금속과 혼합하고 이를 성형/소결하여 판상의 장폭 비, 즉 aspect ratio (length-to-thickness ratio)가 10 이상이며 이의 부피분율이 전체 탄화물 부피분율의 50-95%가 되는 판상 WC를 포함하고 있는 WC-Co 초경의 제조를 가능하게 하므로 종래 기존 초경 소재의 인성을 한층 더 높게 하였다.
In the present application, a tungsten source including WO ₃ and a carbon source are mixed, ground by high-energy milling, and subjected to reduction and carbonization to produce a plate-shaped WC powder. The powder is mixed with at least one selected from the group consisting of Co, Ni and Fe (WC) having a plate-like aspect ratio (length-to-thickness ratio) of 10 or more and a volume fraction of 50 to 95% of the total carbide volume fraction Since the WC-Co carbide can be manufactured, the toughness of conventional conventional carbide materials is further increased.

본 발명의 기본적인 목적은 판상 WC를 함유한 초경 제조용 WC분말 제조에 있어서,The basic object of the present invention is to provide a WC powder for preparing carbide containing plate-shaped WC,

i) 적어도 WO₃를 포함한 텅스텐 소스와 탄소 소스를 혼합하여 고 에너지 볼 밀로 분쇄하는 단계; i) mixing a carbon source with a tungsten source containing at least WO ₃ and pulverizing the mixture into a high energy ball mill;

ii) 상기 i)단계의 혼합물을 가열하여 환원 및 탄화함으로써 분말 내 판상 WC 또는 판상 생성핵(seed for platelet WC)을 형성하는 단계; 그리고ii) forming a plate-shaped WC or a seed for platelet WC in the powder by heating and reducing and carbonizing the mixture of step i); And

iii) 상기 ii)단계의 분말을 성형하고 소결하여 판상의 aspect ratio (length-to-thickness ratio)가 10 이상인 분말 제조 방법을 제공하는 것이다.and iii) shaping and sintering the powder of step ii) to obtain a powder having an aspect ratio (length-to-thickness ratio) of 10 or more.

본 발명의 또 다른 목적은 판상 WC를 보유한 WC-Co 초경 제조에 있어서,It is still another object of the present invention to provide a WC-Co carbide manufacturing method,

i) 적어도 WO₃를 포함한 텅스텐 소스와 탄소 소스를 혼합하여 건식에서 고 에너지 볼 밀로 분쇄하는 단계; i) mixing a carbon source with a tungsten source containing at least WO ₃ and pulverizing the powder into a high energy ball mill;

ii) 상기 i)단계의 혼합물을 가열하여 환원 및 탄화함으로써 분말 내 판상 WC 또는 판상 생성핵(seed for platelet WC)을 형성하는 단계; ii) forming a plate-shaped WC or a seed for platelet WC in the powder by heating and reducing and carbonizing the mixture of step i);

iii) 상기 ii)단계의 분말을 적어도 포함한 분말소재와 Co, Ni 및 Fe로 이루어진 군에서 선택된 한 가지 이상의 금속과 혼합하는 단계; 그리고iii) mixing powder material containing at least the powder of step ii) and at least one metal selected from the group consisting of Co, Ni and Fe; And

iv) 상기 iii)단계의 분말을 성형하고 소결하여 판상의 aspect ratio (length-to-thickness ratio)가 10 이상이며 이의 부피분율이 전체 탄화물 부피분율의 50-95% 되는 WC-Co 초경 제조 방법을 제공하는 것이다.
iv) forming and sintering the powder of step iii) to obtain a WC-Co carbide manufacturing method wherein the aspect ratio (length-to-thickness ratio) of the plate is 10 or more and the volume fraction thereof is 50-95% of the total carbide volume fraction .

전술한 본 발명의 기본적인 목적은 판상 WC를 함유한 초경 제조용 WC분말 제조에 있어서,The basic object of the present invention is to provide a WC powder for plate making,

iii) 상기 ii)단계의 분말을 성형하고 소결하여 판상의 aspect ratio (length-to-thickness ratio)가 10 이상인 분말제조 방법을 제공함으로써 달성될 수 있다. iii) forming and sintering the powder of step ii) to provide a powder having a length-to-thickness ratio (aspect ratio) of 10 or more.

상기 i) 단계의 텅스텐 소스는 W를 제공할 수 있는 물질로, 금속 텅스텐 또는 텅스텐 카보내이트 분말 등을 의미한다, The tungsten source in step i) is a material capable of providing W, such as metal tungsten or tungsten carbide powder,

상기 i) 단계의 탄소 소스는 탄소를 제공할 수 있는 물질로, 탄소분말, graphite 등 액체 또는 고체물질을 의미한다.The carbon source in the step i) is a material capable of providing carbon, which means a liquid or a solid material such as carbon powder, graphite or the like.

상기 i) 단계의 탄소 소스의 첨가양은 WC 화학양론적 탄소양 (WC 1몰 무게의 6.13%) 보다 열처리 후 많은 양 (> 6.13%)이 잔존하도록 혼합하는 것이 바람직하다. 더욱이, 분쇄 및 환원/탄화 열처리 후 WC 1몰 무게의 6.15~7.5 무게%가 WC 분말 내에 잔존하도록 탄소 소스양을 혼합물 제조 시 첨가하는 것이 보다 바람직하다.The amount of the carbon source added in the step i) is preferably such that a large amount (> 6.13%) remains after the heat treatment, compared with the WC stoichiometric carbon amount (6.13% of the WC 1 molar weight). Further, it is more preferable to add the amount of the carbon source at the time of preparing the mixture so that, after the pulverization and reduction / carbonization heat treatment, 6.15 to 7.5 wt% of WC 1 molar weight remains in the WC powder.

상기 i) 단계의 고에너지 볼 밀(high energy ball mill)은 attrition, vibratory mill 또는 planetary mill과 같은 장치를 사용하여 건식에서 분쇄 과정을 수행할 수 있다. The high energy ball mill of step i) may be pulverized in a dry process using an apparatus such as attrition, vibratory mill or planetary mill.

상기 분쇄 과정에서는 WC-Co 볼을 사용하는 경우, 혼합이 주된 목적이 아닌 예를 들면 150 RPM이상의 분쇄 속도를 사용하고 BPR (ball-to-powder ratio)이 무게비율로 20:1 이상이며 분쇄시간이 5시간 이상인 조건을 사용하는 것이 바람직하다.When the WC-Co ball is used, the grinding speed of 150 RPM or more is used, and the ball-to-powder ratio (BPR) is not less than 20: 1 by weight, It is preferable to use a condition of not less than 5 hours.

또한, 상기 i)단계에서 얻어지는 분쇄 분말의 결정립(crystallites) 크기는 나노미터 크기(<150 nm)이다. In addition, the crystallite size of the pulverized powder obtained in the step i) is nanometer size (< 150 nm).

본 발명의 초경 제조용 판상WC 분말 제조 방법에서, 상기 ii)단계의 가열 온도는 바람직하게는 800℃ 내지 1,600℃, 보다 바람직하게는 1,000℃ 내지 1,400℃이다. In the method for producing a WC powder for plate making for carbide manufacture of the present invention, the heating temperature in the step ii) is preferably 800 ° C to 1,600 ° C, more preferably 1,000 ° C to 1,400 ° C.

상기 ii)단계의 가열 시간은 5분 내지 3시간인 것이 바람직하다. The heating time in the step ii) is preferably 5 minutes to 3 hours.

상기 ii)단계의 가열은 진공 하에서 수행될 수 있으며 수소, 탄소 또는 질소분위기에서도 수행될 수 있다. The heating in step ii) may be carried out under vacuum and may also be carried out in a hydrogen, carbon or nitrogen atmosphere.

상기 ii)단계에서 얻어지는 분말은 나노미터(50~500nm)의 입자크기를 가지며 마이크로 미터 크기의 응집체 분말로 얻어진다. The powder obtained in the step ii) has a particle size of nanometer (50 to 500 nm) and is obtained as a micrometer-sized aggregate powder.

상기 ii)단계에서 판상 생성핵(seed for platelet WC)의 형성은 WC판상형성과정에서 ledge 형성을 주도하는 (101) 불안정 면의 과도한 형성을 의미한다. 즉 JCPDS 결과에 의하면 XRD 상에서 일반적인 WC분말은 I₍₁₀₁₎/I₍₁₀₀₎의 비가 0.83이다. 이 보다 많은 큰 (101) peak 형성을 말하는 것이다.Formation of a seed for platelet WC in step ii) implies excessive formation of the unstable surface (101) leading to the formation of ledge during WC plate formation. In other words, according to the JCPDS results, the ratio of I ₍₁₀₁₎ / I ₍₁₀₀₎ is 0.83 in general WC powder on XRD. (101) peak formation.

iv) 상기 iii)단계의 분말을 성형하고 소결하여 판상의 aspect ratio (length-to-thickness ratio)가 10 이상이며 이의 부피분율이 전체 탄화물 부피분율의 50-95% 되는 WC-Co 초경제조 방법을 제공함으로써 달성될 수 있다.iv) forming and sintering the powder of step iii) to obtain a WC-Co carbide manufacturing method wherein the aspect ratio (length-to-thickness ratio) of the plate is 10 or more and the volume fraction thereof is 50-95% of the total carbide volume fraction . &Lt; / RTI >

상기 iii)단계에서 언급한 “ii)단계의 분말을 적어도 포함한 분말소재”는 ii) 단계에서 얻어지는 분말 외에 TiC, TiN, Ti(CN), TaC, NbC,그리고 Mo₂C이 이루는 군에서 적어도 한가지 이상의 물질과 혼합되어 사용될 수 있다.
Wherein iii) the "ii) a powder material including the powder of step at least" referred to in step ii) in addition to the powder obtained in step TiC, TiN, Ti (CN) , TaC, NbC, and at least one from the group Mo ₂ C is forming These materials can be mixed and used.

본 발명에 따르면, 판상 WC를 포함한 분말 및 이를 포함한 초경 소결체를 제조함으로 소결체의 미세 구조 내에 판상 WC가 균일하게 분산되게 하고 그 양을 조정함으로써 인성, 강도 등의 물성을 크게 향상시킬 수 있다.
According to the present invention, the powder including the plate WC and the cemented carbide body including the plate WC are uniformly dispersed in the microstructure of the sintered body, and the amount of the WC can be adjusted to greatly improve physical properties such as toughness and strength.

도 1은 (a) LEM WO₃-C 혼합분말을 1,600℃에서 2시간 동안 환원, 탄화하여 제조한 WC분말과 (b) HEM WO₃-C 혼합분말을 1,300℃에서 2시간 동안 환원, 탄화하여 제조한 WC분말의 SEM 미세구조 사진.
도 2는 (a) LEM WO₃-C 및 (b) HEM WO₃-C 혼합분말을 열처리한 분말의 XRD 결과.
도 3은 HEM WO₃-C 혼합분말을 1100도에서 2시간 환원탄화하고 이 분말을 Co와 혼합한 후 성형하고 1450도에서 1시간 소결한 WC-10 wt.%Co의 SEM 미세구조 사진.FIG. 1 is a graph showing the results of (a) reduction and carbonization of WC powder prepared by reducing and carbonizing LEM WO ₃ -C mixed powder at 1,600 ° C. for 2 hours and (b) HEM WO ₃ -C mixed powder at 1,300 ° C. for 2 hours SEM microstructure of WC powder prepared.
FIG. 2 shows the XRD results of powders heat-treated with (a) LEM WO ₃ -C and (b) HEM WO ₃ -C mixed powder.
FIG. 3 is a micrograph of the SEM microstructure of WC-10 wt.% Co powder obtained by reducing carbonization of HEM WO ₃ -C mixed powder at 1100 ° C. for 2 hours, mixing the powder with Co and sintering at 1450 ° C. for 1 hour.

이하, 다음의 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 다음의 실시예에 대한 설명은 본 발명의 구체적인 실시 가능성을 특정하여 설명하고자 하는 것일 뿐이며, 본 발명의 권리범위를 이들에 기재된 내용으로 한정하거나 제한 해석하고자 의도하는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the following description of the embodiments is intended to illustrate specific embodiments of the present invention and is not intended to limit or limit the scope of the present invention.

판상 WC 탄화물 분말을 제조하기 위하여 WO₃ 그리고 탄소분말(을 준비하였다. 탄소양은 탄화 환원 열처리 후 화학양론적 양인 6.13 wt.% 보다 많거나 적도록 탄소 분말을 첨가하였으며 이렇게 준비된 물질들의 혼합물을 고에너지 플래니터리 밀(Planetary mill)로 250rpm 및 BPR(Ball-to-Powder Ratio) 30:1의 조건으로 20 시간 동안 건식으로 WC-Co 볼을 사용하여 분쇄하였다. 그 다음 이 분말을 진공중 900~1,400℃에서 0-2시간 동안 환원/탄화 처리하여 판상WC 또는 판상생성 핵을 포함하는 분말을 생산하였다. 또한 판상 WC를 포함한 WC-10wt%Co 서멧을 시범적으로 제조하기 위해 제조된 WC와 Co를 혼합한 서멧 분말을 성형하여 1,450℃에서 1시간 동안 진공로에서 소결하여 소결체를 제조하였다. 위와 동일하게 WC 탄화물 분말을 제조하기 위하여 W 금속 그리고 탄소분말을 준비하였다. 비교를 위해 저에너지 밀링(LEM)을 수행하였다. 일반적인 ball milling을 사용하였고 200rpm 및 BPR(Ball-to-Powder Ratio) 10:1의 조건을 사용하였다.Carbon powders were prepared by adding WO ₃ and carbon powders to the plate WC carbide powders. The amount of carbon was adjusted to be more or less than the stoichiometric amount of 6.13 wt.% After the carbonization heat treatment. The powder was pulverized using WC-Co balls dry for 20 hours under conditions of 250 rpm and ball-to-powder ratio (BPR) of 30: 1 in a planetary mill. WC and 10% Co cermet containing plate-like WC were prepared by the reduction / carbonization treatment at 1,400 ℃ for 0-2 hours. Was prepared and sintered in a vacuum furnace at 1,450 ° C for 1 hour to prepare a sintered body. W metal and carbon powder were prepared to produce WC carbide powder as above. In order to replace the low-energy milling was carried out (LEM) was used as a typical ball milling 200rpm and BPR (Ball-to-Powder Ratio) 10: 1 was used as the terms of the.

표 1은 상기 분쇄된 분말을 900~1,400℃에서 0-2 시간 동안 환원/탄화 처리하여 판상WC 또는 판상생성 핵을 포함하는 분말의 XRD 결과를 보여준다. 1200-0hr는 승온하여 목표온도 1200도에 도달 후 즉시 냉각하는 것을 의미한다.Table 1 shows the XRD results of the powder containing the platelet-shaped WC or platelet-forming nuclei by reduction / carbonization treatment of the pulverized powder at 900 to 1,400 ° C for 0-2 hours. 1200-0hr means that the temperature is raised and cooled immediately after reaching the target temperature of 1200 ° C.

이 표의 결과에서는 고에너지 밀링(HEM)은 항상 비정상적으로 과다한 (101)면을 생성시켰음을 보여 준다. 산화물을 사용한 경우 W 금속을 사용한 경우 보다 비정상적으로 과다한 (101)면을 더 많이 생성시켰으며 산화물 경우만 판상형성을 보여 주었다. 또한 탄소의 양이 WC의 화학양론적 탄소양(6.13 wt.%) 보다 많은 경우 만 분말에서 판상형성을 발견하였다. 특별히 판상의 생성은 (101) 면 peak intensity 감소와 동시에 시작되었다.The results of this table show that high energy milling (HEM) always produces abnormally excessive (101) faces. In the case of using oxide, more (101) plane was generated abnormally than the case of using W metal, and only oxide formation showed plate formation. In addition, only when the amount of carbon was greater than the stoichiometric carbon content of WC (6.13 wt. In particular, the formation of the platelets started simultaneously with the (101) plane peak intensity reduction.

도 1은 (a) LEM WO₃-C 혼합분말을 1,600℃에서 2시간 동안 환원, 탄화하여 제조한 WC분말과 (b) HEM WO₃-C 혼합분말을 1,300℃에서 2시간 동안 환원, 탄화하여 제조한 WC분말의 SEM 미세구조 사진이다.FIG. 1 is a graph showing the results of (a) reduction and carbonization of WC powder prepared by reducing and carbonizing LEM WO ₃ -C mixed powder at 1,600 ° C. for 2 hours and (b) HEM WO ₃ -C mixed powder at 1,300 ° C. for 2 hours SEM microstructure of the WC powder prepared.

도 2는 (a) LEM WO₃-C 및 (b) HEM WO₃-C 혼합분말을 열처리한 분말의 XRD 결과를 보여준다. LEM WO₃-C에서 (a)-(d)는 각각 1300℃-0hr, 1500℃-0hr, 1600℃-0hr, (d) 1600℃-1hr 환원탄화한 분말의 결과이다.FIG. 2 shows XRD results of powders heat-treated with (a) LEM WO ₃ -C and (b) HEM WO ₃ -C mixed powders. (A) - (d) in LEM WO ₃ -C are the results of the reduced carbonized powders at 1300 ° C-0hr, 1500 ° C-0hr, 1600 ° C-0hr, and (d) 1600 ° -1hr.

이 결과에서 고에너지 밀링이 판상형성에 필수적인 것을 보여주며 고에너지 경우 1200~1300도에서 이미 WC가 형성되었으나, LEM경우 1600도 2시간 정도 열처리해야만 WC가 형성 되는 것을 발견하였다. These results show that high-energy milling is essential for the plate-like properties. WC is formed at 1200 ~ 1300 degree in high energy case, but WC is formed only in LEM case by 1600 degree heat treatment for 2 hours.

도 3은 HEM WO₃-C 혼합분말을 1100도에서 2시간 환원탄화하고 이 분말을 Co와 혼합한 후 성형하고 1450도에서 1시간 소결한 WC-10 wt.%Co의 SEM 미세구조 사진이다.FIG. 3 is a SEM microstructure photograph of WC-10 wt.% Co powder obtained by reducing carbonization of HEM WO ₃ -C mixed powder at 1100 ° C. for 2 hours, mixing the powder with Co, molding and sintering at 1450 ° C. for 1 hour.

이 소결체에는 판상 WC가 전체 부피 분율의 80% 이상을 이루었고 장폭비(aspect ratio)가 10:1~15:1이며 대부분 상의 길이가 5μm 이상이었다.The sintered body had a plate-like WC of 80% or more of the total volume fraction, an aspect ratio of 10: 1 to 15: 1, and a length of 5 m or more in most phases.

ConditionCondition WO3-CWO3-C W-CW-C I(101)/I(100)I (101) / I (100) Microstruc.Microstruc. I(101)/I(100)I (101) / I (100) Microstruc.Microstruc. (Carbon in wt.%) *(Carbon in wt.%) * Rich I (7.19%)Rich I (7.19%) Rich II
(6.84%)Rich II
(6.84%) Rich I
(6.40%)Rich I
(6.40%) Rich II (6.28%)Rich II (6.28%) As-milledAs-milled -- -- No plateletNo platelet 0.890.89 -- 900-0hr900-0hr -- -- 1.011.01 -- 1100-0hr1100-0hr 1.281.28 1.301.30 1.081.08 1.071.07 RII bulky WCRII bulky WC 1200-0hr1200-0hr 1.331.33 1.301.30 1.211.21 1.201.20 1300-0hr1300-0hr 1.291.29 0.900.90 RII-plateletRII-platelet 0.920.92 0.990.99 No plateletNo platelet 1400-2hr(0hr)1400-2hr (0hr) (1.03)(1.03) -- RI- plateletRI- platelet (0.90)(0.90) 0.930.93 RI, RII thick plateRI, RII thick plate (Carbon in wt.%) *(Carbon in wt.%) * Deficient I (5.82%)Deficient I (5.82%) Deficient II (5.41%)Deficient II (5.41%) Microstruc.Microstruc. Deficient I (5.92%)Deficient I (5.92%) Deficient II (5.77%)Deficient II (5.77%) Microstruc.Microstruc. As-milledAs-milled -- 0.620.62 0.830.83 -- DI, DII-thick equiaxialDI, DII-thick equiaxial 900-0hr900-0hr -- -- 0.920.92 -- 1100-0hr1100-0hr 1.3021.302 1.321.32 1.081.08 1.071.07 1200-0hr1200-0hr 1.271.27 -- 1.191.19 1.101.10 1300-0hr1300-0hr -- 1.311.31 1.161.16 1.141.14 1400-2hr1400-2 hr 1.021.02 -- D I-thick triangularD I-thick triangular -- 0.990.99

*They were measured after 1200-0hr treatment for comparison and stoichiometric WC contains 6.15 wt. % total carbon in the system. "-"means no measurement or no clear peak formation yet.* They were measured after 1200-0hr treatment for comparison and stoichiometric WC containing 6.15 wt. % total carbon in the system. "-" means no measurement or no clear peak formation.

Table 1 Summary of intensity ratios and brief description for the microstructures of various WC powders.
Table 1 Summary of intensity ratios and brief descriptions for the microstructures of various WC powders.

Claims

In producing WC powders for preparing carbide containing plate-shaped WC,
i) mixing a carbon source with a tungsten source containing at least WO ₃ and pulverizing the mixture into a high energy ball mill;
ii) forming a plate-shaped WC or a seed for platelet WC in the powder by heating and reducing and carbonizing the mixture of step i); And
iii) Powder of the above step ii) is molded and sintered to prepare a powder having a length-to-thickness ratio (aspect ratio) of 10 or more

In the production of WC-Co carbide having plate WC,
i) mixing a carbon source with a tungsten source containing at least WO ₃ and pulverizing the mixture into a high energy ball mill;
ii) forming a plate-shaped WC or a seed for platelet WC in the powder by heating and reducing and carbonizing the mixture of step i);
iii) mixing powder material containing at least the powder of step ii) and at least one metal selected from the group consisting of Co, Ni and Fe; And
iv) a WC-Co carbide manufacturing method in which the powder of step iii) is molded and sintered to obtain a plate having an aspect ratio (length-to-thickness ratio) of 10 or more and a volume fraction thereof of 50-95%