CN101602111A - 超强超韧陶瓷刀具及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超强超韧陶瓷刀具及其制作方法，该陶瓷刀具的组成及含量分别是：氧化锆89～95份，氧化钇2～8份，及稀土氧化物2～4份。该陶瓷刀具的制作方法包括：步骤1：将氧化锆、氧化钇及稀土氧化物混合造粒；步骤2：将混合造粒后的原料经压力机进行干压成型，得到坯体；步骤3：将干压成型所得坯体在低温下进行预烧结，得到半成品刀具；步骤4：将低温预烧结所得半成品刀具进行低温热处理；步骤5：将上述经过低温热处理的半成品刀具进行等离子高温烧结；步骤6：将上述经过等离子高温烧结的半成品刀具打磨、抛光，得到成品刀具。该陶瓷刀具硬度高、耐磨性好，其热稳定性、导热性、耐蚀性、抗氧化性以及高温硬度、高温强度等都有明显优势。该方法工艺简单、生产效率高，有利于大规模机械化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种刀具及其制作方法，尤其涉及一种超强超韧陶瓷刀具及其制作方法。
背景技术
切削加工是机械加工中最基本、最可靠的加工手段，而刀具的性能是影响切削加工效率、精度、表面质量等的决定性因素之一。刀具材料经历了碳素工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷及超硬材料等几个发展阶段。根据CIRP的资料，由于刀具材料的改进，加工时允许的切削速度几乎每隔10年即提高1倍。在现代化的加工过程中，提高加工效率的最有效方法仍然是采用高速切削加工技术。传统刀具因其局限性已无法胜任现代科技发展所需要的各种高强、高硬及高速工程材料的切削加工，而陶瓷刀具则以其优异的耐热性、耐磨性和化学稳定性，在高速切削领域和切削难加工材料方面显示了传统刀具无法比拟的优势。
目前国内市场上陶瓷刀具主要有两大类：氧化铝基和氮化硅基陶瓷刀具。与别的刀具材料相比，陶瓷刀具最显著的缺点就是断裂韧性不足，抗弯强度和抗热冲击性能较差，当切削温度发生显着变化时，容易产生裂纹。作为评价其抗破损能力的重要指标之一，陶瓷刀具需要通过适当手段提高其硬度、抗弯强度及断裂韧性，而在进行铣、刨、镗削及其他断续加工时，刀片材料的断裂韧性更为重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超强超韧陶瓷刀具，该刀具硬度高、耐磨性好，其热稳定性、导热性、耐蚀性、抗氧化性以及高温硬度、高温强度等都有明显优势；且其切割更锋利、切口更整齐，用于切削加工生产，能够极大地提高切削速度，进而提高生产效率；由于其制作材料安全环保，用于食品及药品切割更安全放心，有利于环保。
本发明的另一目的在于，提供一种超强超韧陶瓷刀具的制作方法，以制作上述陶瓷刀具，该方法制作工艺简单易实现、且其生产效率高、良品率高，有利于大规模机械化生产。
为实现上述目的，本发明提供一种超强超韧陶瓷刀具，其组成成份及含量分别为：氧化锆89～95份，氧化钇2～8份，稀土氧化物2～4份。
本发明提供的超强超韧陶瓷刀具的制作方法包括：
步骤1：将氧化锆、氧化钇及稀土氧化物混合造粒；
步骤2：将混合造粒后的原料经压力机进行干压成型，得到坯体；
步骤3：将干压成型所得坯体在低温下进行预烧结，得到半成品刀具；
步骤4：将低温预烧结所得半成品刀具进行低温热处理；
步骤5：将上述经过低温热处理的半成品刀具进行等离子高温烧结；
步骤6：将上述经过等离子高温烧结的半成品刀具打磨抛光，得到成品刀具。
其中，步骤1包括，步骤1.1：配置原料，其中，各成份含量为：氧化锆89～95份，氧化钇2～8份，稀土氧化物2～4份；步骤1.2：在配置好的原料中加入胶黏剂进行混合造粒。
所述步骤2中，将混合造粒后的原料置于刀具模具中，经压力机施加压力进行干压成型，得到坯体。
步骤6包括，步骤6.1：打磨，通过金刚石砂轮将步骤5所得的刀具进行表面粗磨、细磨；步骤6.2：抛光，对打磨后的刀具表面利用金刚石研磨膏进行抛光。
所述胶黏剂为聚乙烯醇水溶液、石蜡、酚醛清漆或亚硫酸纸浆废液。
所述压力机的公称压力为30T。
所述步骤3中烧结的温度为1100℃～1300℃。
所述步骤4中低温热处理的温度为900℃～950℃。
所述步骤5中等离子高温烧结的温度为1400℃～1500℃。
本发明的有益效果：本发明所提供的陶瓷刀具的制作方法，其制作工艺简单易实现、且其生产效率高、良品率高，有利于大规模机械化生产。由该方法制作出的陶瓷刀具，其硬度高、耐磨性好，其热稳定性、导热性、耐蚀性、抗氧化性以及高温硬度、高温强度等都有明显优势；其可在高温下连续快速切削，切削时摩擦力小，切割更锋利、切口更整齐、无毛刺，用于切削加工生产，能够极大地提高切削速度，进而提高生产效率；其不仅能够用于替代硬质合金刀具加工各种难以切削的材料，加工准确、产品精度高，且由于其制作材料安全环保，用于食品及药品切割更安全放心，有利于环保。
为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其它有益效果显而易见。
图1为本发明陶瓷刀具的制作方法的流程图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例及其附图进行详细描述。
本发明提供一种超强超韧陶瓷刀具，其组成成份及含量分别为：氧化锆89～92份，氧化钇2～8份，稀土氧化物2～4份。本发明打破了传统陶瓷刀具普遍采用氧化铝基和氮化硅为基材的常规，采用氧化锆为主要基材，配合氧化钇及稀土氧化物以一定比例制作而成，该刀具较现有陶瓷刀具而言，其硬度高、耐磨性好，其热稳定性、导热性、耐蚀性、抗氧化性以及高温硬度、高温强度等都具有明显优势，且由于其选用的制作材料安全环保，用于食品及药品切割更安全放心，有利于环保。
如图1所示，为本发明超强超韧陶瓷刀具的制作方法的流程图，该陶瓷刀具的制作方法包括：
步骤1，将氧化锆、氧化钇及稀土氧化物混合造粒。进一步地，该步骤包括，步骤1.1：配置原料，其中，各成份含量为：氧化锆89～95份，氧化钇2～8份，稀土氧化物2～4份，在步骤中，氧化锆、氧化钇及稀土氧化物可以以粉末状态混合，也可以呈其它状态混合；步骤1.2：在原料中加入胶黏剂进行混合造粒，该胶黏剂可以为聚乙烯醇水溶液、石蜡、酚醛清漆或亚硫酸纸浆废液。该步骤通过混合造粒机将所述的原料制成颗粒，所得颗粒的粒径约为0.1mm。
步骤2，将混合造粒后的原料经压力机进行干压成型，得到坯体。该步骤中，根据刀具的形状和尺寸制作出相应的刀具模具，将混合造粒后的原料置于该刀具模具中，经压力机施加压力进行干压成型，得到致密坯体。作为一种选择性实施例，该压力机的公称压力可以选择30T。
步骤3：将干压成型所得坯体在低温下进行预烧结，得到半成品刀具。该步骤中，将所述的坯体置于烧结炉中，在温度大约为1100℃～1300℃的氛围下进行预烧结。
步骤4：将低温预烧结所得半成品刀具进行低温热处理。本步骤中，低温热处理的温度约为900℃～950℃。
步骤5：将上述经过低温热处理的半成品刀具进行等离子高温烧结。将低温热处理后的半成品刀具置于烧结炉中，在高温约1400℃～1500℃的氛围下进行等离子烧结。
步骤6：将上述经过等离子高温烧结的半成品刀具打磨抛光，得到成品刀具。该步骤进一步包括，步骤6.1：打磨，通过金刚石砂轮将步骤5所得的刀具进行表面粗磨、细磨；步骤6.2：抛光，对打磨后的刀具表面利用金刚石研磨膏进行抛光。
通过上述本发明的方法制得的本发明超强超韧陶瓷刀具可具备如下性能指标：密度(cm3/g)：6+0.1；硬度(HLA)：88-90；抗弯强度(MPa)：1700；抗压强度(MPa)：3000；断裂韧性(MPa·M-3/2)：13；弹性模量(GPa)：750。
综上所述，本发明所提供的超强超韧陶瓷刀具及其制作方法，该方法制作工艺简单易实现、且其生产效率高、良品率高，有利于大规模机械化生产。由该方法制作出的陶瓷刀具，其硬度高、耐磨性好，其热稳定性、导热性、耐蚀性、抗氧化性以及高温硬度、高温强度等都有明显优势；其可在高温下连续快速切削，切削时摩擦力小，切割更锋利、切口更整齐、无毛刺，用于切削加工生产，能够极大地提高切削速度，进而提高生产效率；其不仅能够用于替代硬质合金刀具加工各种难以切削的材料，加工准确、产品精度高，且由于其制作材料安全环保，用于食品及药品切割更安全放心，有利于环保。
以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
Claims (10)
1、一种超强超韧陶瓷刀具，其特征在于，其组成成份及含量分别为：氧化锆89～95份，氧化钇2～8份，及稀土氧化物2～4份。
2、一种超强超韧陶瓷刀具的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将氧化锆、氧化钇及稀土氧化物混合造粒；
步骤2：将混合造粒后的原料经压力机进行干压成型，得到坯体；
步骤3：将干压成型所得坯体在低温下进行预烧结，得到半成品刀具；
步骤4：将低温预烧结所得半成品刀具进行低温热处理；
步骤5：将上述经过低温热处理的半成品刀具进行等离子高温烧结；
步骤6：将上述经过等离子高温烧结的半成品刀具打磨、抛光，得到成品刀具。
3、如权利要求2所述的超强超韧陶瓷刀具的制作方法，其特征在于，步骤1包括，步骤1.1：配置原料，其中，各成份含量为：氧化锆89～95份，氧化钇2～8份，稀土氧化物2～4份；步骤1.2：在配置好的原料中加入胶黏剂进行混合造粒。
4、如权利要求2所述的超强超韧陶瓷刀具的制作方法，其特征在于，所述步骤2中，将混合造粒后的原料置于刀具模具中，经压力机施加压力进行干压成型，得到坯体。
5、如权利要求2所述的超强超韧陶瓷刀具的制作方法，其特征在于，步骤6包括，步骤6.1：打磨，通过金刚石砂轮将步骤5所得的刀具进行表面粗磨、细磨；步骤6.2：抛光，对打磨后的刀具表面利用金刚石研磨膏进行抛光。
6、如权利要求3所述的超强超韧陶瓷刀具的制作方法，其特征在于，所述胶黏剂为聚乙烯醇水溶液、石蜡、酚醛清漆或亚硫酸纸浆废液。
7、如权利要求4所述的超强超韧陶瓷刀具的制作方法，其特征在于，所述压力机的公称压力为30T。
8、如权利要求2所述的超强超韧陶瓷刀具的制作方法，其特征在于，所述步骤3中预烧结的温度为1100℃～1300℃。
9、如权利要求2所述的超强超韧陶瓷刀具的制作方法，其特征在于，所述步骤4中低温热处理的温度为900℃～950℃。
10、如权利要求2所述的超强超韧陶瓷刀具的制作方法，其特征在于，所述步骤5中等离子高温烧结的温度为1400℃～1500℃。
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