CN104162661B - 一种微波烧结Al2O3-TiC-TiN微米复合陶瓷刀具材料的方法 - Google Patents

一种微波烧结Al2O3-TiC-TiN微米复合陶瓷刀具材料的方法 Download PDF

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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

一种微波烧结Al2O3-TiC-TiN微米复合陶瓷刀具材料的方法
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 (4)

1.一种微波烧结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4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。
2.根据权利要求1所述的微波烧结Al2O3-TiC-TiN微米复合陶瓷刀具材料的方法,其特征在于:步骤2中混料过程中球料质量比为5:1~10:1。
3.根据权利要求1所述的微波烧结Al2O3-TiC-TiN微米复合陶瓷刀具材料的方法,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%。
4.根据权利要求1所述的微波烧结Al2O3-TiC-TiN微米复合陶瓷刀具材料的方法,其特征在于:步骤6中所用氩气的纯度为99.99%。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
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

Citations (3)

* 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
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

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
US8608822B2 (en) * 2006-03-31 2013-12-17 Robert G. Lee Composite system

Patent Citations (3)

* 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
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
Al2O3-TiC-TiN陶瓷刀具的研制及其切削性能研究;费玉环;《中国博士学位论文全文数据库工程科技Ⅰ辑》;20121215;第6﹑7﹑18﹑19页 *

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