CN104387063A - 一种抗热裂切削刀具用陶瓷及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种抗热裂切削刀具用陶瓷,由下列重量份的原料制成:氧化锆76-82、五氧化二磷2-3、石英10-15、纳米玉石粉2-3、无碳硅晶须5-6、膨润土2-3、碳酸氢钠2-3、乙醇适量、去离子水适量、聚丙烯酸1-1.5、聚乙二醇1.2-1.6、抗磨助剂4-5;本发明的陶瓷添加了无碳硅晶须,增加了陶瓷的抗热裂性,该陶瓷还具有润滑性能好,硬度高,耐磨性好的特点,适用于切削刀具,不易折断磨损;通过使用本发明的抗磨助剂,能够增加陶瓷的耐磨性和耐热性。
Description
技术领域
本发明涉及陶瓷刀具材料领域,尤其涉及一种抗热裂切削刀具用陶瓷及其制备方法。
背景技术
随着新技术革命的发展,要求不断提高切削加工生产率和降低生产成本,特别是数控机床的发展,要求开发比硬质合金刀具切速更高、更耐磨的新型刀具。日前各种高强度、高硬度、耐腐蚀、耐磨和耐高温的难以切削的新材料日益增多。据文献估计,这类材料己占国际上加工总数的50%以上.,硬质合金刀具对其中不少新材料的加工难以胜任。另一方面,现在国际上硬质合金产量己达20000-25 000 t。每年消耗大量的金属,如W、Co、Ta和Nb等。这些金属的矿产资源正日益减少,价格上涨,按日前消耗速度,用不了几十年.有些资源将耗尽。陶瓷刀具就是在这样的背景下发展起来的。
目前陶瓷刀具以氧化锆陶瓷、氧化铝、氮化铝等陶瓷应用最为广泛,具有高硬度、高密度、耐高温,抗磁化、抗氧化、耐腐蚀性强、化学稳定性好、高耐磨性好等特点,但是这些陶瓷成本高,还需要进一步研究新的材料,降低成本,还要提高陶瓷韧性、散热性、抗热震性、抗磨性等性能,以适应不断发展的技术要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗热裂切削刀具用陶瓷及其制备方法,该陶瓷抗热裂性好,还具有润滑性能好,硬度高,耐磨性好的特点。
本发明的技术方案如下:
一种抗热裂切削刀具用陶瓷,其特征在于由下列重量份的原料制成:氧化锆76-82、五氧化二磷2-3、石英10-15、纳米玉石粉2-3、无碳硅晶须5-6、膨润土2-3、碳酸氢钠2-3、乙醇适量、去离子水适量、聚丙烯酸1-1.5、聚乙二醇1.2-1.6、抗磨助剂4-5;
所述抗磨助剂由下列重量份的原料制成:硼酸镁晶须1.3-1.5、硼酸酯偶联剂0.2-0.4、三氯化锑0.3-0.5、尿素0.4-0.5、硼酸铝晶须0.8-1.2、纳米微晶纤维素0.2-0.4、Y2Si2O7晶须1-2、氧化锡0.2-0.3、纳米石墨0.4-0.8、1-2%盐酸溶液适量、水适量;制备方法为:将三氯化锑、尿素、纳米微晶纤维素、氧化锡加入8-10重量份的水中,磁力搅拌20-25分钟,加入硼酸镁晶须、硼酸铝晶须、Y2Si2O7晶须继续搅拌2-3个小时,再加入硼酸酯偶联剂,加热至70-80℃,搅拌反应20-30分钟,再加入纳米石墨,搅拌20-30分钟,在120-130℃油浴中搅拌至干燥,送入煅烧炉,在氮气氛围中,700-800℃下煅烧50-60分钟,加入2-3倍重量份的1-2%盐酸溶液洗涤2-3次,水洗至中性,烘干,粉碎,过40目筛,即得。
所述抗热裂切削刀具用陶瓷的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)将膨润土、碳酸氢钠混合后球磨,过250目筛,加入4-5倍重量份的水,搅拌,加热至70-80℃,搅拌10-15分钟,再加入纳米玉石粉、无碳硅晶须,继续搅拌30-40分钟,喷雾干燥,得到颗粒,再送入煅烧炉中,在氮气氛围中,在700-800℃下煅烧40-50分钟,粉碎,过200目筛,得到颗粒;
(2)将氧化锆、五氧化二磷、石英混合,加入0.8-1倍重量份的乙醇,球磨至200目以下,干燥,得到颗粒;
(3)将前两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1-2小时,超声分散13-17分钟,在110-120℃下烘干,过40目筛,得到颗粒;
(4)将第(3)步得到的颗粒在氮气氛围中,在1610-1670℃下热压,热压压力为25-30MPa,热压时间为40-50分钟,自然冷却,即得。
本发明的有益效果
本发明的陶瓷添加了无碳硅晶须,增加了陶瓷的抗热裂性,该陶瓷还具有润滑性能好,硬度高,耐磨性好的特点,适用于切削刀具,不易折断磨损;通过使用本发明的抗磨助剂,能够增加陶瓷的耐磨性和耐热性。
具体实施方式
一种抗热裂切削刀具用陶瓷,由下列重量份(公斤)的原料制成:氧化锆79、五氧化二磷2.5、石英13、纳米玉石粉2.5、无碳硅晶须5.5、膨润土2.5、碳酸氢钠2.5、乙醇适量、去离子水适量、聚丙烯酸1.3、聚乙二醇1.5、抗磨助剂4.5;
所述抗磨助剂由下列重量份(公斤)的原料制成:硼酸镁晶须1.4、硼酸酯偶联剂0.3、三氯化锑0.4、尿素0.4、硼酸铝晶须1、纳米微晶纤维素0.3、Y2Si2O7晶须1.5、氧化锡0.3、纳米石墨0.6、1.5%盐酸溶液适量、水适量;制备方法为:将三氯化锑、尿素、纳米微晶纤维素、氧化锡加入9重量份的水中,磁力搅拌23分钟,加入硼酸镁晶须、硼酸铝晶须、Y2Si2O7晶须继续搅拌2.5个小时,再加入硼酸酯偶联剂,加热至75℃,搅拌反应25分钟,再加入纳米石墨,搅拌25分钟,在125℃油浴中搅拌至干燥,送入煅烧炉,在氮气氛围中,750℃下煅烧55分钟,加入2.5倍重量份的1.5%盐酸溶液洗涤2.5次,水洗至中性,烘干,粉碎,过40目筛,即得。
所述抗热裂切削刀具用陶瓷的制备方法,包括以下步骤:
(1)将膨润土、碳酸氢钠混合后球磨,过250目筛,加入4.5倍重量份的水,搅拌,加热至75℃,搅拌13分钟,再加入纳米玉石粉、无碳硅晶须,继续搅拌35分钟,喷雾干燥,得到颗粒,再送入煅烧炉中,在氮气氛围中,在750℃下煅烧45分钟,粉碎,过200目筛,得到颗粒;
(2)将氧化锆、五氧化二磷、石英混合,加入0.9倍重量份的乙醇,球磨至200目以下,干燥,得到颗粒;
(3)将前两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1.5小时,超声分散15分钟,在115℃下烘干,过40目筛,得到颗粒;
(4)将第(3)步得到的颗粒在氮气氛围中,在1640℃下热压,热压压力为28MPa,热压时间为45分钟,自然冷却,即得。
实验数据:
该实施例陶瓷的维氏硬度为99GPa,抗弯强度为1235MPa,断裂韧性为15MPa·m1/2。
Claims (2)
1.一种抗热裂切削刀具用陶瓷,其特征在于由下列重量份的原料制成:氧化锆76-82、五氧化二磷2-3、石英10-15、纳米玉石粉2-3、无碳硅晶须5-6、膨润土2-3、碳酸氢钠2-3、乙醇适量、去离子水适量、聚丙烯酸1-1.5、聚乙二醇1.2-1.6、抗磨助剂4-5;
所述抗磨助剂由下列重量份的原料制成:硼酸镁晶须1.3-1.5、硼酸酯偶联剂0.2-0.4、三氯化锑0.3-0.5、尿素0.4-0.5、硼酸铝晶须0.8-1.2、纳米微晶纤维素0.2-0.4、Y2Si2O7晶须1-2、氧化锡0.2-0.3、纳米石墨0.4-0.8、1-2%盐酸溶液适量、水适量;制备方法为:将三氯化锑、尿素、纳米微晶纤维素、氧化锡加入8-10重量份的水中,磁力搅拌20-25分钟,加入硼酸镁晶须、硼酸铝晶须、Y2Si2O7晶须继续搅拌2-3个小时,再加入硼酸酯偶联剂,加热至70-80℃,搅拌反应20-30分钟,再加入纳米石墨,搅拌20-30分钟,在120-130℃油浴中搅拌至干燥,送入煅烧炉,在氮气氛围中,700-800℃下煅烧50-60分钟,加入2-3倍重量份的1-2%盐酸溶液洗涤2-3次,水洗至中性,烘干,粉碎,过40目筛,即得。
2.根据权利要求1所述抗热裂切削刀具用陶瓷的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)将膨润土、碳酸氢钠混合后球磨,过250目筛,加入4-5倍重量份的水,搅拌,加热至70-80℃,搅拌10-15分钟,再加入纳米玉石粉、无碳硅晶须,继续搅拌30-40分钟,喷雾干燥,得到颗粒,再送入煅烧炉中,在氮气氛围中,在700-800℃下煅烧40-50分钟,粉碎,过200目筛,得到颗粒;
(2)将氧化锆、五氧化二磷、石英混合,加入0.8-1倍重量份的乙醇,球磨至200目以下,干燥,得到颗粒;
(3)将前两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1-2小时,超声分散13-17分钟,在110-120℃下烘干,过40目筛,得到颗粒;
(4)将第(3)步得到的颗粒在氮气氛围中,在1610-1670℃下热压,热压压力为25-30MPa,热压时间为40-50分钟,自然冷却,即得。
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