CN101157554A

CN101157554A - 一种线路板或电路板粉碎专用陶瓷刀具材料及其制备方法

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Publication number: CN101157554A
Application number: CNA2007101752621A
Authority: CN
Inventors: 李金惠; 杨连威; 刘华峰; 石丕星
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2007-09-28
Filing date: 2007-09-28
Publication date: 2008-04-09
Anticipated expiration: 2027-09-28
Also published as: CN100569699C

Abstract

本发明一种线路板粉或电路板粉碎专用陶瓷刀具材料及其制备方法，属于粉碎设备技术领域。所述陶瓷刀具以晶须为增韧材料，以碳化钨为基体材料，以碳化钛为耐磨剂，以碳为脱氧剂，以含铬化合物、氧化镧、氧化铈为添加剂，上述组分均匀混合后，采用热压的方法直接成型。原料充分混合后取出，放在热压机的样品热压槽中直接热压成型，热压时的压强为10～40MPa，热压温度的为1480℃～1600℃。本发明研制的专用韧性陶瓷刀具具有良好的冲击韧性、耐磨性和化学稳定性，同时硬度也很高。该刀具材料不仅制备工艺简单，而且生产周期远远短于常规的先将混匀的原料压制成型，然后进行烧结成型的制备方法。该刀具材料不仅适合于制作废线路板/电路板粉碎设备专用刀具。

Description

一种线路板或电路板粉碎专用陶瓷刀具材料及其制备方法

技术领域

本发明属涉及一种晶须增韧碳化钨基体的线路板/电路板/电路板粉碎专用陶瓷刀具材料及制备方法，可用于作废线路板/电路板粉碎设备的刀具，而且适合做其它粉碎设备的刀具材料。

背景技术

随着电子废物的迅速增长，废印刷线路板/电路板的回收利用成为日益关注的课题。破碎是废印刷线路板/电路板的主流资源化技术中不可缺少的步骤。废线路板/电路板呈板状结构，含有多种组分，韧性较大，粉碎较难，刀具磨耗严重。因此线路板/电路板常温破碎技术一直是研究的热点问题。当前国内外没有线路板/电路板破碎机的专用刀具，粉碎机的厂家一般采用不锈钢、高速钢和Cr12三种材料作为刀具材料。试验研究结果表明，这三种材料制作的粉碎机刀具在使用几天后便被严重磨损。

随着科技的迅速发展，电子产品日益更新，导致废电子产品的数量剧增，给环境和人类健康带来很大的危害，因此迫切需要一种实用的废线路板/电路板粉碎刀具以满足对废线路板/电路板资源化回收利用的要求。

为了解决当前线路板/电路板粉碎的刀具在使用方面的不足，研究者们相继尝试了金属合金刀具、硬质合金刀具、陶瓷刀具、涂层刀具和超硬材料刀具等，但应用的结果表明，它们不适合做线路板/电路板粉碎的刀具材料，原因是在使用不久后，金属刀具不久被磨损，其它刀具不及便崩刃或折断。原因是有它们为适合线切割等的需要开发的，而废线路板/电路板粉碎工艺对刀具的要求与线切割差别很大。

当前没有线路板/电路板专用粉碎刀具的报导，相近的专利有一些，如

公开号为CN2300454的实用新型专利公开了一种豆浆机组合粉碎刀具，包括电机，电机转轴，高低粉碎刀，该刀具的材质为高速钢，适合粉碎大豆等植物，但是不适合粉碎线路板/电路板。

公开号为CN1994573的实用新型专利公开了一种橡塑粉碎机的刀具，该刀具的材质是Cr12钢，适合粉碎橡胶，而不适合粉碎线路板/电路板。

公开号为CN2759353的发明专利公开了一种Ti(C，N)基金属陶瓷及制备方法。该金属陶瓷主要组成成分重量百分比为：Ti 30～65，W 8～25，Ta 1.0～15.0，Zr 0.1～5.0，Nb 0～10，Al 0～1.0。该金属陶瓷虽然具有较高的韧性，但硬度低，耐磨性较差，因此不适合做粉碎线路板/电路板的粉碎刀具。

公开号为CN2759353的发明专利公开了一种废旧电子线路板/电路板机械粉碎和静电分离的回收处理工艺及其所用设备。该废旧电子线路板/电路板的粉碎设备包括强力破碎机、磁选机、中碎机、精细粉碎机、超微分级机、高压静电分离机。其刀具的材质为Cr12钢，刀具使用几天后便严重磨损，因此不适合做粉碎线路板/电路板的粉碎刀具。

发明内容

本发明的目的针对公知技术存在的不足而研制出一种一晶须增韧碳化钨基体的线路板/电路板粉碎专用陶瓷刀具及制备方法，应用于废线路板/电路板粉碎设备。该专用刀具以晶须为增韧材料，以碳化钨基体材料，以碳化钛为耐磨剂，以碳为脱氧剂，以含铬化合物、氧化镧、氧化铈为添加剂。上述组分均匀混合后，采用热压的方法直接成型。

本发明制备的专用韧性陶瓷刀具材料具有良好的冲击韧性、耐磨性和化学稳定性等特点，同时在线路板/电路板粉碎过程中刀具稳定，无裂纹或崩刃现象。该刀具不仅制备工艺简单，而且生产周期远远短于常规的先将混匀的原料压制成型，然后进行烧结成型的制备方法。该刀具材料不仅适合作废线路板/电路板粉碎设备的刀具，而且适合做其它粉碎设备的刀具材料。

本发明的技术方案为：以碳化钨基体材料，以晶须为增韧材料，以碳化钛为耐磨剂，以碳为脱氧剂，以含铬化合物、氧化镧、氧化铈为添加剂，以钴、铁为基体增强剂。将碳化钨、晶须和碳等上述的其它材料按比例均匀混合，然后放到热压机的样品槽中直接热压成型，便可制得线路板/电路板粉碎专用刀具材料。

该刀具由晶须、碳化钨和添加剂等构成，属于复合材料刀具。碳化钨具有优良的硬度和耐磨性，并且价格不高，碳化钛尽管价格较高，但能够明显提高WC基体的硬度和耐磨性。晶须具有很高的强度，能够显著提高滑板材料的断裂韧性。碳、氧化镧、氧化铈、钴等具有优化材料的基体组织，提高刀具材料基体致密度的作用。因此在理论上该设计的专用刀具材料具有良好的硬度、断裂韧性和优良的耐磨性。

与公知技术相比所具有的优点：该刀具由于采用晶须增韧，因此有利于显著地提高刀具材料的断裂韧性，并且不降低材料的硬度，因此大大提高了材料的耐磨性。另外，该滑板中碳纤维的含量为晶须含量为0.5～4wt％，因此刀具的原料成本不高。而其它的类似刀具依靠增大基体中金属的含量来提高陶瓷材料的韧性，虽然韧性增加，但硬度大大降低，导致耐磨性很差。也有的刀具尽管不含或者少含金属组分，但韧性很差，导致刀具在线路板/电路板粉碎过程中不久便出现崩刃或断裂现象。可见，该线路板/电路板粉碎专用刀具不仅原料成本不高，而且在性能上远远好于硬质合金材料，也好于不锈钢、高速钢和Cr12常用的三种刀具材料。同时该刀具的制备工艺过程简单，原料成本不高。制成的刀具密度8.6～10.2g/cm³，硬度值为18-22GPa，断裂韧性8-9MPam^1/2，磨损量为0.008-0.016mm/h。而当前线路板/电路板粉碎常用刀具中最耐磨的Cr12钢在相同条件下的磨损量为0.06-0.08mm/h。该刀具材料不仅适合作废线路板/电路板粉碎设备的刀具，而且适合做其它粉碎设备的刀具材料。

该刀具的具体制备方法如下：

第一步原材料预处理

将碳化钨、碳化钛、晶须、钴、铁原料在氢气还原炉中进行还原预处理。

第二步混料

按比例称量所需的碳化钨、碳化钛、晶须、氧化镧、氧化铈、钴、铁等原料，放到球磨罐中均匀混料，时间为6～24h。

第三步成型

原料取出后，放到热压机的样品槽中直接热压成型。热压时的压强为10～50MPa，热压温度的为1480℃～1600℃，保温时间为20～60分钟。

具体实施方法

实施例1：碳化钨含量为77wt％，晶须含量为0.5wt％，碳化钛含量为18wt％，碳含量0.5wt％，含铬化合物为2wt％，氧化镧含量为0.4wt％，氧化铈含量为0.2wt％，钴含量为0.4wt％，铁含量为1wt％。在球磨罐中均匀混料时间为10h，原料取出后，放到热压机的样品槽中直接热压成型。热压时的压强为18MPa，热压温度的为1480℃，保温时间为25分钟。制成的刀具密度9.1g/cm³，硬度值为20.86GPa，断裂韧性8.25MPam^1/2，磨损量为0.011mm/h(Cr12钢在相同条件下的磨损量为0.06mm/h)。

实施例2：碳化钨含量为75wt％，晶须含量为0.4wt％，碳化钛含量为20wt％，碳含量0.6wt％，含铬化合物为1.6wt％，氧化镧含量为0.5wt％，氧化铈含量为0.3wt％，钴含量为0.2wt％，铁含量为1.4wt％。在球磨罐中均匀混料时间为12h，原料取出后，放到热压机的样品槽中直接热压成型。热压时的压强为20MPa，热压温度的为1500℃，保温时间为30分钟。制成的刀具密度8.9g/cm³，硬度值为22.86GPa，断裂韧性8.67MPam^1/2，磨损量为0.010mm/h(Cr12钢在相同条件下的磨损量为0.06mm/h)。

实施例3：碳化钨含量为65wt％，晶须含量为0.4wt％，碳化钛含量为30wt％，碳含量0.6wt％，含铬化合物为2wt％，氧化镧含量为0.5wt％，氧化铈含量为0.1wt％，钴含量为0.4wt％，铁含量为1wt％。在球磨罐中均匀混料时间为10h，原料取出后，放到热压机的样品槽中直接热压成型。热压时的压强为22MPa，热压温度的为1580℃，保温时间为40分钟。制成的刀具密度8.8g/cm³，硬度值为22.68GPa，断裂韧性8.34MPam^1/2，磨损量为0.008mm/h(Cr12钢在相同条件下的磨损量为0.06mm/h)。

实施例4：碳化钨含量为65wt％，晶须含量为1wt％，碳化钛含量为30wt％，碳含量0.2wt％，含铬化合物为1.8wt％，氧化镧含量为0.2wt％，氧化铈含量为0.2wt％，钴含量为0.6wt％，铁含量为2wt％。在球磨罐中均匀混料时间为6h，原料取出后，放到热压机的样品槽中直接热压成型。热压时的压强为30MPa，热压温度的为1570℃，保温时间为50分钟。制成的刀具密度8.5g/cm³，硬度值为23.86GPa，断裂韧性8.46MPam^1/2，磨损量为0.009mm/h(Cr12钢在相同条件下的磨损量为0.06mm/h)。

实施例5：碳化钨含量为76wt％，晶须含量为2wt％，碳化钛含量为18wt％，碳含量0.1wt％，含铬化合物为1.9wt％，氧化镧含量为0.2wt％，氧化铈含量为0.2wt％，钴含量为0.4wt％，铁含量为1.2wt％。在球磨罐中均匀混料时间为20h，原料取出后，放到热压机的样品槽中直接热压成型。热压时的压强为10MPa，热压温度的为1590℃，保温时间为48分钟。制成的刀具密度9.7g/cm³，硬度值为19.86GPa，断裂韧性8.45MPam^1/2，磨损量为0.012mm/h(Cr12钢在相同条件下的磨损量为0.06mm/h)。

实施例6：碳化钨含量为86wt％，晶须含量为1.5wt％，碳化钛含量为8wt％，碳含量0.5wt％，含铬化合物为2.2wt％，氧化镧含量为0.4wt％，氧化铈含量为0.2wt％，钴含量为0.2wt％，铁含量为1wt％。在球磨罐中均匀混料时间为24h，原料取出后，放到热压机的样品槽中直接热压成型。热压时的压强为18MPa，热压温度的为1600℃，保温时间为20分钟。制成的刀具密度10.2g/cm³，硬度值为19.42GPa，断裂韧性8.92MPam^1/2，磨损量为0.010mm/h(Cr12钢在相同条件下的磨损量为0.06mm/h)。

Claims

1.一种线路板粉或电路板碎专用陶瓷刀具材料，其特征在于：该刀具材料以碳化钨基体材料，以晶须为增韧材料，以碳化钛为耐磨剂，以碳为脱氧剂，以含铬化合物、氧化镧、氧化铈为添加剂，以钴、铁为基体增强剂，其中碳化钨含量为60wt％～86wt％，晶须含量为0.5～4wt％，碳化钛含量为6～30wt％，碳含量0.1～1wt％，含铬化合物为0.1～2wt％，氧化镧含量为0.1～0.5wt％，氧化铈含量为0.1～0.5wt％，钴含量为0.1～3wt％，铁含量为0.1～3wt％，各组分含量均为重量百分比。

2.根据权利要求1所述的刀具材料，其特征在于：所述碳化钨的粒度不大于40μm，碳化钛、含铬化合物、碳、氧化镧、氧化铈四种粉末的粒度都不大于82μm，晶须的直径为8～18μm，晶须的长度为22～210μm。

3.根据权利要求1或2所述的刀具材料，其特征在于：使用的晶须为氧化铝晶须，也可使用碳化硅晶须、氮化硅晶须，所用的含铬化合物为氮化铬、碳化铬、氮碳化铬和氧化铬四种中的一种或几种。

4.根据权利要求1的所述的刀具材料，其特征在于：使用的碳包括石墨和不定型碳，其粒度为20～30μm。

5.一种制备线路板或电路板粉碎专用陶瓷刀具材料的方法，其特征在于：所述方法是将所有原料放在球磨罐中充分混合，混料时间为6h～24h，原料充分混合后取出，放在热压机的样品热压槽中直接热压成型，热压时的压强为10～40MPa，热压温度的为1480℃～1600℃，保温时间为20～60分钟。

6.根据权利要求1的制备方法，其特征在于：所述易氧化的原料如碳化钛、碳化钨、含铬化合物、钴、铁在混合前须进行还原预处理。