CN104162661A - 一种Al2O3-TiC-TiN微米复合陶瓷刀具材料及其微波烧结方法 - Google Patents

一种Al2O3-TiC-TiN微米复合陶瓷刀具材料及其微波烧结方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104162661A
CN104162661A CN201410401929.5A CN201410401929A CN104162661A CN 104162661 A CN104162661 A CN 104162661A CN 201410401929 A CN201410401929 A CN 201410401929A CN 104162661 A CN104162661 A CN 104162661A
Authority
CN
China
Prior art keywords
micron
tic
tin
composite ceramic
powder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201410401929.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104162661B (zh
Inventor
程寓
孙士帅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Science and Technology
Original Assignee
Nanjing University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University of Science and Technology filed Critical Nanjing University of Science and Technology
Priority to CN201410401929.5A priority Critical patent/CN104162661B/zh
Publication of CN104162661A publication Critical patent/CN104162661A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104162661B publication Critical patent/CN104162661B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

本发明属微波烧结材料科学技术领域，涉及一种Al2O3-TiC-TiN微米复合陶瓷刀具材料及其微波烧结方法。本发明的特征是：按质量百分比亚微米为55％～75％、微米为10％～15％、亚微米为15％～20％、钼粉和镍粉为5％～10％、余量为MgO和Y2O3，进行配料；通过高纯氩气气氛保护，微波烧结工艺，成功制备出Al2O3-TiC-TiN微米复合陶瓷刀具材料。该复合材料致密度高，具有较高的力学性能，适合制作加工难加工材料的刀具，本发明提供的Al2O3-TiC-TiN微米复合陶瓷刀具材料的微波烧结方法制备的材料性能高，工艺简单、节能省时，成本低，易于产业化。

Description

一种Al2O3-TiC-TiN微米复合陶瓷刀具材料及其微波烧结方法
技术领域
本发明属微波烧结材料科学技术领域，涉及一种Al2O3-TiC-TiN微米复合陶瓷刀具材料及其微波烧结方法。
背景技术
Al2O3基陶瓷刀具有许多优点，如可耐高温、高的硬度、好的抗粘结性，而且具有比一般硬质合金高5倍的耐磨性。在国内外研制的各类陶瓷刀具材料中一直占据着较大的份额。但是，断裂韧度较低一直是制约氧化铝基陶瓷材料应用和发展的主要因素。
至今报道的用作刀具的Al2O3基复合陶瓷大多数是通过热压烧结得到的，热压烧结同时加压、加热有助于颗粒间的接触、扩散和流动等传质过程，可降低烧结温度和缩短烧结时间,抑制晶粒生长，不需助烧剂，容易得到接近理论密度的烧结体，得到的材料性能高。但热压烧结效率较低，很难大批量生产且成本也高。Al2O3基复合陶瓷材料的烧结温度很高,通常用无压烧结的温度较高、升温速度较慢、保温时间较长，最终会使材料晶粒严重长大，影响其机械性能。
由上可知，现有的技术很难成功实现高性能的Al2O3基复合陶瓷刀具的高性能、低成本的批量生产。
发明内容
本发明的目的在于提供一种Al2O3-TiC-TiN微米复合陶瓷刀具材料及其微波烧结方法。
实现本发明目的的技术方案如下：一种Al2O3-TiC-TiN微米复合陶瓷刀具材料，该材料的组成按质量百分比为：亚微米ɑ-Al2O3为55％～65％、微米TiC为10％～15％、亚微米TiN为15％～20％、钼粉和镍粉为5％～10％、余量为MgO和Y2O3。
所述亚微米ɑ-Al2O3粉末颗粒粒径为0.5～0.8μm。
所述微米TiC粉末颗粒粒径为1～3μm。
所述亚微米TiN粉末颗粒粒径为0.5～1μm。
一种微波烧结上述的Al2O3-TiC-TiN微米复合陶瓷刀具材料的方法，包括以下步骤：
步骤1、配料：按质量百分比亚微米ɑ-Al2O3为55％～65％、微米TiC为10％～15％、亚微米TiN为15％～20％、钼粉和镍粉为5％～10％、余量为MgO和Y2O3进行配料；
步骤2、混料；将步骤1配制的混合粉末以无水乙醇为介质球磨混合30～60h,球磨后烘干过筛；所述磨球为氧化铝磨球；混料过程中球料质量比为5：1～10:1。
步骤3、造粒：将混合后的粉料中加入聚乙烯醇水溶液造粒；造粒过程中，聚乙烯醇水溶液的浓度为3％～5％。
步骤4、成型：将造粒好的粉料干压成型，压力为150～250MPa，保压时间为1～5min；
步骤5、排胶：将步骤3成型的毛坯置于微波烧结炉中，开启真空泵，将炉体内真空抽至0.07MPa～0.09MPa，然后开启微波电源进行加热，用20～30℃/min的速度将毛坯加热至600℃～800℃，在此保温5～20min；
步骤6、烧结：排胶结束后，将炉体内真空抽至0.004MPa～0.006MPa，然后冲入0.03MPa的氩气，以30～40℃/min的升温速度，加热至1600℃～1700℃，在此温度下保温10～30min，然后随炉冷却制得陶瓷刀具材料。所用氩气的纯度为99.99％。
与现有技术相比，本发明的显著优点为：1)与传统烧结方式相比，本发明的微波烧烧结工艺的烧结温度低，保温时间短，可大大提高生产效率、降低生产成本；2)本发明提供的Al2O3-TiC-TiN微米复合陶瓷刀具材料通过向Al2O3基体中添加TiC和TiN的方法，在保持其高硬度的基础上，改善材料的强度和断裂韧度；3)本发明提出的一种Al2O3-TiC-TiN微米复合陶瓷刀具材料及其微波烧结方法易于规模生产。
具体实施方式
本发明通过向Al2O3基体中添加TiC和TiN的方法，在保持其高硬度的基础上，改善材料的强度和断裂韧度，并利用微波烧结具有的加热均匀、快速的优点，克服普通氧化铝陶瓷材料力学性能低和传统烧结工艺存在的缺陷，提供性能优良，工艺简单，成本低廉的Al2O3-TiC-TiN微米复合陶瓷刀具材料及其微波烧结方法。
具体而言，本发明的一种Al2O3-TiC-TiN微米复合陶瓷刀具材料，该材料的组成按质量百分比为：亚微米ɑ-Al2O3为55％～65％、微米TiC为10％～15％、亚微米TiN为15％～20％、钼粉和镍粉为5％～10％、余量为MgO和Y2O3。
所述亚微米ɑ-Al2O3粉末颗粒粒径为0.5～0.8μm。
所述微米TiC粉末颗粒粒径为1～3μm。
所述亚微米TiN粉末颗粒粒径为0.5～1μm。
一种微波烧结上述的Al2O3-TiC-TiN微米复合陶瓷刀具材料的方法，包括以下步骤：
步骤1、配料：按质量百分比亚微米ɑ-Al2O3为55％～65％、微米TiC为10％～15％、亚微米TiN为15％～20％、钼粉和镍粉为5％～10％、余量为MgO和Y2O3进行配料；
步骤2、混料；将步骤1配制的混合粉末以无水乙醇为介质球磨混合30～60h,球磨后烘干过筛；所述磨球为氧化铝磨球；混料过程中球料质量比为5：1～10:1。
步骤3、造粒：将混合后的粉料中加入聚乙烯醇水溶液造粒；造粒过程中，聚乙烯醇水溶液的浓度为3％～5％。
步骤4、成型：将造粒好的粉料干压成型，压力为150～250MPa，保压时间为1～5min；
步骤5、排胶：将步骤3成型的毛坯置于微波烧结炉中，开启真空泵，将炉体内真空抽至0.07MPa～0.09MPa，然后开启微波电源进行加热，用20～30℃/min的速度将毛坯加热至600℃～800℃，在此保温5～20min；
步骤6、烧结：排胶结束后，将炉体内真空抽至0.004MPa～0.006MPa，然后冲入0.03MPa的氩气，以30～40℃/min的升温速度，加热至1600℃～1700℃，在此温度下保温10～30min，然后随炉冷却制得陶瓷刀具材料。所用氩气的纯度为99.99％。
下面结合具体实施例进一步描述本发明：
实施例1
按质量百分比亚微米ɑ-Al2O3为55％、微米TiC为15％、亚微米TiN为20％、钼粉和镍粉为5％、余量为MgO和Y2O3进行配料，所述亚微米ɑ-Al2O3粉末颗粒粒径为0.5μm，微米TiC粉末颗粒粒径为1μm，亚微米TiN颗粒粒径为0.5μm，将配制的混合粉末以无水乙醇为介质球磨混合30h,球料质量比为5：1；球磨后烘干过筛,加入浓度为3％的聚乙烯醇水溶液造粒；将造粒好的粉料干压成型，压力为150MPa，保压时间为5min；将成型试样置于微波烧结炉中，开启真空泵，将炉体内真空抽至0.07MPa，然后开启微波电源进行加热，用20℃/min的速度将试样加热至600℃，在此保温5min。排胶结束后，将炉体内真空抽至0.004MPa，然后冲入0.03MPa的氩气，用30℃/min的升温速度，加热至1600℃，在此温度下保温10min，然后随炉冷却至室温。
经测试可得，材料的致密度为99％，维氏硬度为19.6GPa(HV20)，断裂韧度为4.82MPa·m1/2，可以满足刀具的使用要求。
实施例2
按质量百分比亚微米ɑ-Al2O3为60％、微米TiC为12％、亚微米TiN为18％、钼粉和镍粉为8％、余量为MgO和Y2O3进行配料，所述亚微米ɑ-Al2O3粉末颗粒粒径为0.7μm，微米TiC粉末颗粒粒径为2μm，亚微米TiN颗粒粒径为0.8μm，将配制的混合粉末以无水乙醇为介质球磨混合48h,球料质量比为8：1；球磨后烘干过筛,加入浓度为4％的聚乙烯醇水溶液造粒；将造粒好的粉料干压成型，压力为200MPa，保压时间为3min；将成型试样置于微波烧结炉中，开启真空泵，将炉体内真空抽至0.08MPa，然后开启微波电源进行加热，用25℃/min的速度将试样加热至700℃，在此保温15min。排胶结束后，将炉体内真空抽至0.005MPa，然后冲入0.03MPa的氩气，用35℃/min的升温速度，加热至1650℃，在此温度下保温20min，然后随炉冷却至室温.
测得材料的致密度为99.2％，维氏硬度为19.5GPa(HV20)，断裂韧度为5.1MPa·m1/2，可以满足刀具的使用要求。
实施例3
按质量百分比亚微米ɑ-Al2O3为65％、微米TiC为10％、亚微米TiN为15％、钼粉和镍粉为10％、余量为MgO和Y2O3进行配料，所述亚微米ɑ-Al2O3粉末颗粒粒径为0.8μm，微米TiC粉末颗粒粒径为3μm，亚微米TiN颗粒粒径为1μm，将配制的混合粉末以无水乙醇为介质球磨混合60h,球料质量比为10：1；球磨后烘干过筛,加入浓度为5％的聚乙烯醇水溶液造粒；将造粒好的粉料干压成型，压力为250MPa，保压时间为1min；将成型试样置于微波烧结炉中，开启真空泵，将炉体内真空抽至0.09MPa，然后开启微波电源进行加热，用30℃/min的速度将试样加热至800℃，在此保温20min。排胶结束后，将炉体内真空抽至0.006MPa，然后冲入0.03MPa的氩气，用40℃/min的升温速度，加热至1700℃，在此温度下保温30min，然后随炉冷却至室温.
测得材料的致密度为99.5％，维氏硬度为20GPa(HV20)，断裂韧度为4.8MPa·m1/2，可以满足刀具的使用要求。
由上可知，本发明提供的Al2O3-TiC-TiN微米复合陶瓷刀具材料的微波烧结方法烧结速度快，能够制备出性能优良的Al2O3-TiC-TiN微米复合陶瓷刀具材料。

Claims (8)

1.一种Al2O3-TiC-TiN微米复合陶瓷刀具材料，其特征在于，该材料的组成按质量百分比为：亚微米ɑ-Al2O3为55％～65％、微米TiC为10％～15％、亚微米TiN为15％～20％、钼粉和镍粉为5％～10％、余量为MgO和Y2O3。
2.根据权利要求1所述的Al2O3-TiC-TiN微米复合陶瓷刀具材料，其特征在于，所述亚微米ɑ-Al2O3粉末颗粒粒径为0.5～0.8μm。
3.根据权利要求1所述的Al2O3-TiC-TiN微米复合陶瓷刀具材料，其特征在于，所述微米TiC粉末颗粒粒径为1～3μm。
4.根据权利要求1所述的Al2O3-TiC-TiN微米复合陶瓷刀具材料，其特征在于，所述亚微米TiN粉末颗粒粒径为0.5～1μm。
5.一种微波烧结权利要求1、2、3或4所述的Al2O3-TiC-TiN微米复合陶瓷刀具材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、配料：按质量百分比亚微米ɑ-Al2O3为55％～65％、微米TiC为10％～15％、亚微米TiN为15％～20％、钼粉和镍粉为5％～10％、余量为MgO和Y2O3进行配料；
步骤2、混料；将步骤1配制的混合粉末以无水乙醇为介质球磨混合30～60h,球磨后烘干过筛；所述磨球为氧化铝磨球；
步骤3、造粒：将混合后的粉料中加入聚乙烯醇水溶液造粒；
步骤4、成型：将造粒好的粉料干压成型，压力为150～250MPa，保压时间为1～5min；
步骤5、排胶：将步骤3成型的毛坯置于微波烧结炉中，开启真空泵，将炉体内真空抽至0.07MPa～0.09MPa，然后开启微波电源进行加热，用20～30℃/min的速度将毛坯加热至600℃～800℃，在此保温5～20min；
步骤6、烧结：排胶结束后，将炉体内真空抽至0.004MPa～0.006MPa，然后冲入0.03MPa的氩气，以30～40℃/min的升温速度，加热至1600℃～1700℃，在此温度下保温10～30min，然后随炉冷却制得陶瓷刀具材料。
6.根据权利要求5所述的Al2O3-TiC-TiN微米复合陶瓷刀具材料的微波烧结方法，其特征在于：步骤2中混料过程中球料质量比为5：1～10:1。
7.根据权利要求5所述的Al2O3-TiC-TiN微米复合陶瓷刀具材料的微波烧结方法，其特征在于：步骤3造粒过程中，聚乙烯醇水溶液的浓度为3％～5％。
8.根据权利要求5所述的Al2O3-TiC-TiN微米复合陶瓷刀具材料的微波烧结方法，其特征在于：步骤6中所用氩气的纯度为99.99％。
CN201410401929.5A 2014-08-14 2014-08-14 一种微波烧结Al2O3-TiC-TiN微米复合陶瓷刀具材料的方法 Expired - Fee Related CN104162661B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410401929.5A CN104162661B (zh) 2014-08-14 2014-08-14 一种微波烧结Al2O3-TiC-TiN微米复合陶瓷刀具材料的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410401929.5A CN104162661B (zh) 2014-08-14 2014-08-14 一种微波烧结Al2O3-TiC-TiN微米复合陶瓷刀具材料的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104162661A true CN104162661A (zh) 2014-11-26
CN104162661B CN104162661B (zh) 2017-01-11

Family

ID=51906752

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410401929.5A Expired - Fee Related CN104162661B (zh) 2014-08-14 2014-08-14 一种微波烧结Al2O3-TiC-TiN微米复合陶瓷刀具材料的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104162661B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105236943A (zh) * 2015-11-13 2016-01-13 南京理工大学 一种Al2O3/Ti(C,N)复合陶瓷刀具材料及其微波烧结工艺
CN106187259A (zh) * 2016-07-18 2016-12-07 南京理工大学 一种石墨烯纳米片增韧的复合陶瓷刀具及其微波制备工艺
CN106270499A (zh) * 2016-09-29 2017-01-04 佳木斯大学 一种电子封装用SiCp(Cu)/Cu复合材料的制造方法
CN106631035A (zh) * 2016-12-29 2017-05-10 广东工业大学 一种复合陶瓷及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1271706A (zh) * 2000-05-26 2000-11-01 清华大学 高耐磨性复合金属陶瓷刀具材料
JP2006187831A (ja) * 2005-01-06 2006-07-20 Ngk Spark Plug Co Ltd 切削インサート、及び切削工具
CN101054295A (zh) * 2006-04-14 2007-10-17 山东大学 多元多尺度纳米复合陶瓷刀具材料及其制备工艺
CN101848782A (zh) * 2008-03-26 2010-09-29 京瓷株式会社 切削工具
US20120276393A1 (en) * 2006-03-31 2012-11-01 Lee Robert G Composite system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1271706A (zh) * 2000-05-26 2000-11-01 清华大学 高耐磨性复合金属陶瓷刀具材料
JP2006187831A (ja) * 2005-01-06 2006-07-20 Ngk Spark Plug Co Ltd 切削インサート、及び切削工具
US20120276393A1 (en) * 2006-03-31 2012-11-01 Lee Robert G Composite system
CN101054295A (zh) * 2006-04-14 2007-10-17 山东大学 多元多尺度纳米复合陶瓷刀具材料及其制备工艺
CN101848782A (zh) * 2008-03-26 2010-09-29 京瓷株式会社 切削工具

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
费玉环: "Al2O3-TiC-TiN陶瓷刀具的研制及其切削性能研究", 《中国博士学位论文全文数据库工程科技Ⅰ辑》, 15 December 2012 (2012-12-15) *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105236943A (zh) * 2015-11-13 2016-01-13 南京理工大学 一种Al2O3/Ti(C,N)复合陶瓷刀具材料及其微波烧结工艺
CN105236943B (zh) * 2015-11-13 2018-10-02 南京理工大学 一种Al2O3/Ti(C,N)复合陶瓷刀具材料及其微波烧结工艺
CN106187259A (zh) * 2016-07-18 2016-12-07 南京理工大学 一种石墨烯纳米片增韧的复合陶瓷刀具及其微波制备工艺
CN106270499A (zh) * 2016-09-29 2017-01-04 佳木斯大学 一种电子封装用SiCp(Cu)/Cu复合材料的制造方法
CN106631035A (zh) * 2016-12-29 2017-05-10 广东工业大学 一种复合陶瓷及其制备方法
CN106631035B (zh) * 2016-12-29 2020-08-11 广东工业大学 一种复合陶瓷及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN104162661B (zh) 2017-01-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102173813B (zh) 一种含硼化锆复相陶瓷材料的制备方法
CN104150940B (zh) 氮化硅与碳化硅复相多孔陶瓷及其制备方法
CN109553419A (zh) 一种气压固相烧结碳化硼复相陶瓷及其制备方法
CN106297904B (zh) UO2‑SiC燃料芯块的制备方法及采用该制备方法制成的UO2‑SiC燃料芯块
CN101343175B (zh) 一种氧化铝/钛酸铝多孔陶瓷的制备方法
CN103130508B (zh) 一种制备织构化硼化物基超高温陶瓷的方法
CN103011827A (zh) 一种原位引入硼为添加剂的二硼化锆陶瓷的制备方法
CN104131208A (zh) 一种氧化铝-碳化钛微米复合陶瓷刀具材料及其微波烧结方法
CN105236943B (zh) 一种Al2O3/Ti(C,N)复合陶瓷刀具材料及其微波烧结工艺
CN104162661B (zh) 一种微波烧结Al2O3-TiC-TiN微米复合陶瓷刀具材料的方法
CN101200367A (zh) 钇铁石榴石铁氧体材料制备方法
CN112813397B (zh) 一种钼钠合金板状靶材的制备方法
CN102184873B (zh) 一种快速制备金刚石-碳化硅电子封装材料的方法
CN103833403A (zh) 一种碳化硅晶须增韧碳化硼陶瓷复合材料的制备方法及产品
CN102653470B (zh) 铬二铝碳陶瓷靶材及其真空热压制备方法
CN103820691B (zh) 一种FeAl/TiC复合材料的常压烧结制备方法
CN115074090B (zh) 一种高温复合相变储热材料及其制备方法
CN101734920B (zh) 一种氮化钛多孔陶瓷及其制备方法
CN106747349B (zh) 原位生成SiC增强氧化铝基陶瓷型芯的方法
CN114058893B (zh) 一种AlCoCrFeNi作粘结剂的WC-Y2O3-ZrO2基体硬质合金的制备方法
CN102826856A (zh) 一种高纯低密度ito靶材及其制备方法
CN111499386A (zh) 一种复合陶瓷材料及其制备方法
CN107226700A (zh) 一种Si3N4‑BN‑MAS陶瓷复合材料及其制备方法
CN108218436B (zh) 一种降低ZrB2-SiC陶瓷材料烧结温度的方法
CN102392149B (zh) 一种微波烧结制备纳米稀土改性钢结硬质合金的方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20170111

Termination date: 20190814