一种耐热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,尤其涉及一种耐热切削刀具用陶瓷及其制备方法。
背景技术
目前切削钢材、铸铁、合金钢材及不锈钢材等普遍采用碳化物基的硬质合金(WC-Co、WC-TiC-Co)。对于某些特殊材料也采用硬度最高的金刚石及立方氮化硼(CBN),但它们的强度比硬质合金较低,且金刚石工具不利于切削钢铁材料,因为碳质元素的金刚石易与铁元素反应生成碳化铁,而使金刚石损耗。而陶瓷刀具对铁基等很多材料都不起反应,对加工冷硬铸铁、司太立合金、耐热镍基合金等具有较好的性能。
目前陶瓷刀具有很多优良的性能,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、高耐磨性等特点,但是这些陶瓷成本较高,种类少,还需要进一步研究新的陶瓷材料,降低成本,同时改进陶瓷刀具的韧性、散热性、抗弯折、抗磨等使用性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐热切削刀具用陶瓷及其制备方法,该陶瓷耐热性和韧性好,具有极高的强度和硬度。
本发明的技术方案如下:
一种耐热切削刀具用陶瓷,其特征在于由下列重量份的原料制成:氧化钨纤维4-5、重质氧化镁13-16、轻烧氧化镁6-8、聚合羟基铝柱撑膨润土5-7、羧甲基纤维素钠1-2、TiB2 24-28、ZrB2 36-42、AlN34-39、TiCl4 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:氧化镧0.2-0.3、纳米氧化锆0.6-0.9、三氧化二钇0.4-0.5、纳米氧化铝0.3-0.5、醋酸5-7、硝酸钇0.3-0.5、氧氯化锆3-3.5、1-2%盐酸溶液适量、水适量;制备方法为:将硝酸钇、氧氯化锆加入24-30重量份的水中,搅拌溶解后滴加醋酸,磁力搅拌4-5个小时,加入纳米氧化锆、纳米氧化铝,继续搅拌2-3个小时,置于室温下1-2天,再边搅拌边加入三氧化二钇、氧化镧,搅拌2-3个小时,在120-130℃油浴中搅拌至干燥,送入煅烧炉,在氮气氛围中,1200-1500℃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100目筛,即得。
所述耐热切削刀具用陶瓷的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)将重质氧化镁、轻烧氧化镁、聚合羟基铝柱撑膨润土混合后球磨,过250目筛,加入4-5倍重量份的去离子水,搅拌后加入羧甲基纤维素钠,加热至70-80℃,搅拌10-15分钟,再加入氧化钨纤维,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80目筛,得到颗粒;
(2)将TiB2、ZrB2、AlN、TiCl4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除聚丙烯酸、聚乙二醇以外的其他剩余成分混合,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氧化钨纤维,增加了陶瓷的耐热性和韧性,通过添加TiB2、ZrB2、AlN,使得陶瓷具有极高的强度和硬度,制作的刀具经久耐用,可以用于切割、磨削等加工;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
一种耐热切削刀具用陶瓷,由下列重量份(公斤)的原料制成:氧化钨纤维4.5、重质氧化镁14、轻烧氧化镁7、聚合羟基铝柱撑膨润土6、羧甲基纤维素钠1.5、TiB2 26、ZrB2 39、AlN36、TiCl4 2.5、乙醇适量、去离子水适量、聚丙烯酸1.3、聚乙二醇1.4、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:氧化镧0.2、纳米氧化锆0.8、三氧化二钇0.4、纳米氧化铝0.4、醋酸6、硝酸钇0.4、氧氯化锆3.3、1.5%盐酸溶液适量、水适量;制备方法为:将硝酸钇、氧氯化锆加入27重量份的水中,搅拌溶解后滴加醋酸,磁力搅拌4.5个小时,加入纳米氧化锆、纳米氧化铝,继续搅拌2.5个小时,置于室温下1.5天,再边搅拌边加入三氧化二钇、氧化镧,搅拌2.5个小时,在125℃油浴中搅拌至干燥,送入煅烧炉,在氮气氛围中,1400℃下煅烧55分钟,加入2.5倍重量份的1.5%盐酸溶液洗涤3次,水洗至中性,烘干,粉碎,过100目筛,即得。
所述耐热切削刀具用陶瓷的制备方法,包括以下步骤:
(1)将重质氧化镁、轻烧氧化镁、聚合羟基铝柱撑膨润土混合后球磨,过250目筛,加入4.5倍重量份的去离子水,搅拌后加入羧甲基纤维素钠,加热至75℃,搅拌13分钟,再加入氧化钨纤维,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80目筛,得到颗粒;
(2)将TiB2、ZrB2、AlN、TiCl4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除聚丙烯酸、聚乙二醇以外的其他剩余成分混合,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97GPa,抗弯强度为1140MPa,断裂韧性为16MPa·m1/2。