CN104387099B - 一种耐热切削刀具用陶瓷及其制备方法 - Google Patents

一种耐热切削刀具用陶瓷及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种耐热切削刀具用陶瓷，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；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。

Description

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。

Claims (2)

1.一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、AlN 34-39、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。
2.根据权利要求1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。
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