CN104387063A - 一种抗热裂切削刀具用陶瓷及其制备方法 - Google Patents

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

一种抗热裂切削刀具用陶瓷及其制备方法

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·m^1/2。

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。