CN104370542A - 一种氧化锆基陶瓷刀具材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种氧化锆基陶瓷刀具材料，由下列重量份的原料制成：氧化锆50-60、氧化铝30-35、硼砂1-2、碳酸钡4-5、腐植酸钠1-2、羧甲基纤维素2-4、羰基镍粉2-3、LiSbO33-5、铌酸钾钠4-6、氧化铈2-3、硝酸镧1-1.5、去离子水适量、聚丙烯酸1-1.4、聚乙二醇0.7-1.2、乙二醇适量、耐磨助剂3-4；本发明的陶瓷通过添加羰基镍粉，增加了陶瓷的导热性，防止刀具过热，该陶瓷具有很高的硬度和耐磨性，适用于高硬度材料的切割、切削，不易老化折断；通过使用本发明的耐磨助剂，能够增加陶瓷的表面光滑性、耐磨性和耐热性。
Description
技术领域
本发明涉及陶瓷切削刀具材料领域，尤其涉及一种氧化锆基陶瓷刀具材料及其制备方法。
背景技术
陶瓷切削工具具备了高硬度、高密度、耐高温，抗磁化、抗氧化、耐腐蚀性强、化学稳定性好、高耐磨性等特点，是高速钢等传统切削工具良好的替代品，解决了钼、镍等资源稀缺的问题。但是目前陶瓷切削材料还是存在成本较高，韧性不够、脆性大、硬度参差不齐、散热性差、自润滑性不好等问题，需要解决。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氧化锆基陶瓷刀具材料及其制备方法，该陶瓷导热性好，防止刀具过热，具有很高的硬度和耐磨性，适用于高硬度材料的切割、切削，不易老化折断。
本发明的技术方案如下：
一种氧化锆基陶瓷刀具材料，其特征在于由下列重量份的原料制成：氧化锆50-60、氧化铝30-35、硼砂1-2、碳酸钡4-5、腐植酸钠1-2、羧甲基纤维素2-4、羰基镍粉2-3、LiSbO3 3-5、铌酸钾钠4-6、氧化铈2-3、硝酸镧1-1.5、去离子水适量、聚丙烯酸1-1.4、聚乙二醇0.7-1.2、乙二醇适量、耐磨助剂3-4；
所述耐磨助剂由下列重量份的原料制成：纳米石墨0.3-0.5、磷酸锆1-1.3、纳米氧化锆1-1.3、氧化钙0.4-0.5、氢氧化镁0.4-0.6、磷酸1-2、二硫化钼1-2、氧化铝2-3、高岭土0.4-0.8、丙烯酸酯1-2、过硫酸铵0.2-0.3、纳米碳0.7-0.9、水10-12、聚乙二醇0.4-0.6；制备方法为：将丙烯酸酯、聚乙二醇加入水中，搅拌均匀，再加入氧化钙、氢氧化镁、磷酸、氧化铝、高岭土、过硫酸铵，加热至70-80℃，搅拌反应20-30分钟，再加入其他剩余成分，搅拌10-20分钟，超声分散6-8分钟，过滤，烘干，粉碎，过40目筛，在氮气氛围下，1380-1440℃下煅烧30-40分钟，粉碎，过40目筛，即得。
所述氧化锆基陶瓷刀具材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将碳酸钡、LiSbO3、铌酸钾钠、氧化铈、硝酸镧混合，球磨，过300目筛，得到颗粒；
（2）将氧化锆、氧化铝混合，球磨，过200目筛，得到颗粒；
（3）将羧甲基纤维素、羰基镍粉、硼砂、腐植酸钠与前两步得到的颗粒混合，加入23-28%重量份的去离子水、3-5%重量份的乙二醇，混合成泥状，送入球磨机中球磨2-3个小时，干燥，送入煅烧炉中，在800-900℃下煅烧1-2小时，取出粉碎，过200目筛，得到颗粒；
（4）将第（3）步得到的颗粒与其他剩余成分混合，取混合材料的3-4倍重量份的去离子水，加入聚丙烯酸、聚乙二醇，搅拌均匀，加入混合材料，球磨2-3小时，在110-120℃下烘干，过40目筛，在1640-1720℃下热压，热压压力为25-30MPa，热压时间为40-50分钟，即得。
本发明的有益效果
本发明的陶瓷通过添加羰基镍粉，增加了陶瓷的导热性，防止刀具过热，该陶瓷具有很高的硬度和耐磨性，适用于高硬度材料的切割、切削，不易老化折断；通过使用本发明的耐磨助剂，能够增加陶瓷的表面光滑性、耐磨性和耐热性。
具体实施方式
一种氧化锆基陶瓷刀具材料，由下列重量份（公斤）的原料制成：氧化锆55、氧化铝33、硼砂1.5、碳酸钡4.5、腐植酸钠1.5、羧甲基纤维素3、羰基镍粉2.5、LiSbO3 4、铌酸钾钠5、氧化铈2.5、硝酸镧1.3、去离子水适量、聚丙烯酸1.2、聚乙二醇1、乙二醇适量、耐磨助剂3.5；
所述耐磨助剂由下列重量份（公斤）的原料制成：纳米石墨0.4、磷酸锆1.2、纳米氧化锆1.2、氧化钙0.5、氢氧化镁0.5、磷酸1.5、二硫化钼1.5、氧化铝2.5、高岭土0.6、丙烯酸酯1.5、过硫酸铵0.2、纳米碳0.8、水11、聚乙二醇0.5；制备方法为：将丙烯酸酯、聚乙二醇加入水中，搅拌均匀，再加入氧化钙、氢氧化镁、磷酸、氧化铝、高岭土、过硫酸铵，加热至75℃，搅拌反应25分钟，再加入其他剩余成分，搅拌15分钟，超声分散7分钟，过滤，烘干，粉碎，过40目筛，在氮气氛围下，1400℃下煅烧35分钟，粉碎，过40目筛，即得。
所述氧化锆基陶瓷刀具材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将碳酸钡、LiSbO3、铌酸钾钠、氧化铈、硝酸镧混合，球磨，过300目筛，得到颗粒；
（2）将氧化锆、氧化铝混合，球磨，过200目筛，得到颗粒；
（3）将羧甲基纤维素、羰基镍粉、硼砂、腐植酸钠与前两步得到的颗粒混合，加入26%重量份的去离子水、4%重量份的乙二醇，混合成泥状，送入球磨机中球磨2.5个小时，干燥，送入煅烧炉中，在850℃下煅烧1.5小时，取出粉碎，过200目筛，得到颗粒；
（4）将第（3）步得到的颗粒与其他剩余成分混合，取混合材料的3.5倍重量份的去离子水，加入聚丙烯酸、聚乙二醇，搅拌均匀，加入混合材料，球磨2.5小时，在115℃下烘干，过40目筛，在1690℃下热压，热压压力为28MPa，热压时间为45分钟，即得。
实验数据：
该实施例陶瓷的维氏硬度为96GPa，抗弯强度为1170MPa，断裂韧性为15MPa·m1/2。
Claims (2)
1.一种氧化锆基陶瓷刀具材料，其特征在于由下列重量份的原料制成：氧化锆50-60、氧化铝30-35、硼砂1-2、碳酸钡4-5、腐植酸钠1-2、羧甲基纤维素2-4、羰基镍粉2-3、LiSbO3 3-5、铌酸钾钠4-6、氧化铈2-3、硝酸镧1-1.5、去离子水适量、聚丙烯酸1-1.4、聚乙二醇0.7-1.2、乙二醇适量、耐磨助剂3-4；
所述耐磨助剂由下列重量份的原料制成：纳米石墨0.3-0.5、磷酸锆1-1.3、纳米氧化锆1-1.3、氧化钙0.4-0.5、氢氧化镁0.4-0.6、磷酸1-2、二硫化钼1-2、氧化铝2-3、高岭土0.4-0.8、丙烯酸酯1-2、过硫酸铵0.2-0.3、纳米碳0.7-0.9、水10-12、聚乙二醇0.4-0.6；制备方法为：将丙烯酸酯、聚乙二醇加入水中，搅拌均匀，再加入氧化钙、氢氧化镁、磷酸、氧化铝、高岭土、过硫酸铵，加热至70-80℃，搅拌反应20-30分钟，再加入其他剩余成分，搅拌10-20分钟，超声分散6-8分钟，过滤，烘干，粉碎，过40目筛，在氮气氛围下，1380-1440℃下煅烧30-40分钟，粉碎，过40目筛，即得。
2.根据权利要求1所述氧化锆基陶瓷刀具材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将碳酸钡、LiSbO3、铌酸钾钠、氧化铈、硝酸镧混合，球磨，过300目筛，得到颗粒；
（2）将氧化锆、氧化铝混合，球磨，过200目筛，得到颗粒；
（3）将羧甲基纤维素、羰基镍粉、硼砂、腐植酸钠与前两步得到的颗粒混合，加入23-28%重量份的去离子水、3-5%重量份的乙二醇，混合成泥状，送入球磨机中球磨2-3个小时，干燥，送入煅烧炉中，在800-900℃下煅烧1-2小时，取出粉碎，过200目筛，得到颗粒；
（4）将第（3）步得到的颗粒与其他剩余成分混合，取混合材料的3-4倍重量份的去离子水，加入聚丙烯酸、聚乙二醇，搅拌均匀，加入混合材料，球磨2-3小时，在110-120℃下烘干，过40目筛，在1640-1720℃下热压，热压压力为25-30MPa，热压时间为40-50分钟，即得。
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