CN104844219A

CN104844219A - 一种复合陶瓷锯片材料及其制备方法

Info

Publication number: CN104844219A
Application number: CN201510231780.5A
Authority: CN
Inventors: 王楼锋; 王志伟; 楼群英
Original assignee: ZHEJIANG ABOLUO TOOLS CO Ltd
Current assignee: ZHEJIANG ABOLUO TOOLS CO Ltd
Priority date: 2015-05-09
Filing date: 2015-05-09
Publication date: 2015-08-19

Abstract

本发明公开了一种复合陶瓷锯片材料，涉及陶瓷材料技术领域，所述复合陶瓷锯片材料的组份配比包括TiB₂ 68%～75%、(W,Ti)C 18%～25%、Ni 4%～7%和Mo 1%～5%，本发明还公开了一种复合陶瓷锯片材料的制备方法，包括湿混球磨，真空干燥，过筛和热压烧结四个工艺步骤，该种方法制备出的复合陶瓷锯片材料抗弯性能好，断裂韧度高，不易断裂，且硬度高，耐磨性好，微观组织中粗大晶粒和气孔少，组织分布均匀，且制备工艺简单，易实现大规模生产。

Description

一种复合陶瓷锯片材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及陶瓷材料技术领域，具体涉及一种复合陶瓷锯片材料和一种复合陶瓷锯片材料的制备方法。

背景技术

切削加工是机械制造业中占主导地位的加工方法，刀具材料的发展对切削加工的进步起决定性作用，陶瓷刀具因其具有高的耐磨性、耐热性、抗氧化性等优点，80年代以来，已取得突破性进展，陶瓷刀具材料必将成为廿一世纪最主要的刀具材料之一，氮化硅陶瓷由于具有高温下高强度、抗热震、抗蠕变和抗氧化等一系列优良性能，广泛应用于切削刀具，但它也有明显的弱点，其韧性和抗弯强度较低、抗热震性能差，申请号为CN201010220319.7公开了一种梯度纳米复合陶瓷刀具材料及其制备方法，该刀具材料具有五层对称梯度层次结构，相对于中心层对称的层中组分含量相同，相对中心层对称的层的厚度也相同，梯度层厚度按第一层厚度/第二层厚度＝第二层厚度/第三层厚度＝0.4确定，其制备方法包括步骤：(1)按每层各组分的含量配料；(2)对各层中纳米颗粒进行分散；(3)将各层中其它材料与分散的纳米材料混料；(4)采用粉末分层铺填法和热压烧结工艺，在真空环境中烧结，该发明提高了材料的抗弯强度和断裂韧性，而Ti(C，N)的梯度分层分布，使得刀具材料的力学性能呈梯度阶梯变化，有效的缓解刀具表面残余热应力，但是该种刀具材料抗弯强度和断裂韧度较低，制备方法复杂，实现大规模生产较难。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种力学性能优异，制备工艺简单的复合陶瓷锯片材料及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：所提供的一种复合陶瓷锯片材料，所述复合陶瓷锯片材料的组份配比包括TiB₂ 68%～75%、(W,Ti)C 18%～25%、Ni 4%～7%和Mo 1%～5%。

优选的，所述复合陶瓷锯片材料的组份配比包括TiB₂ 73%、(W,Ti)C 20%、Ni 5%和Mo 2%。

一种复合陶瓷锯片材料的制备方法，所述的制备工艺按照以下步骤进行，（1）湿混球磨：将准备好的TiB₂、(W,Ti)、Ni和Mo等原料按比例配制好后放入聚氨酯桶内用硬质合金球在球磨机上连续球磨45～50h；（2）真空干燥：待步骤（1）中的混合料球磨好后将球磨后的复合粉体放入真空干燥箱中干燥，控制干燥温度为100～110℃，控制干燥时间为60～80min；（3）过筛：将步骤（2）中干燥后的复合粉体通过100目的不锈钢筛网过筛，得到混合均匀的复合粉体，然后封装备用；（4）热压烧结：将步骤（3）中得到的复合粉体装入模具中，在热压炉中进行真空热压烧结成型。

优选的，所述步骤（1）中所用的原料在使用前均需要单独球磨95～98h。

优选的，所述步骤（1）的球磨工艺中，控制球料的质量比为（6～8）：1。

优选的，所述步骤（4）的热压烧结工艺具体为烧结开始后以75℃/min的升温速率从20℃升至1280～1310℃，然后保温3～5min，保温结束后以50℃/min的升温速率升至1640～1660℃，保温40～55min，控制热压烧结压力为28～35MPa。

采用本发明的技术方案，通过设计出新型的TiB₂基复合陶瓷锯片材料体系，由于添加相(W,Ti)C和基体相TiB2热膨胀系数及弹性模量失配，产生局部应力场，导致裂纹在扩展过程中发生偏转，增加裂纹扩展路径，消耗更多扩展能量，提高了TiB2基复合陶瓷刀具材料的断裂韧度，且金属相主要分布在基体TiB2与添加相(W,Ti)C所形成的晶界上，具有弥散强化的作用，制备出了高性能的TiB₂基复合陶瓷锯片，在制备过程中通过严格控制各个工艺过程中的工艺参数，进一步提高了其综合力学性能，且制备工艺简单，植被周期短，可实现大规模生产。

附图说明

图1为本发明所述的一种复合陶瓷锯片材料的制备方法的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

实施例1：

一种复合陶瓷锯片材料及其制备方法，所述复合陶瓷锯片材料的组份配比包括TiB₂ 70%、(W,Ti)C 22%、Ni 6%和Mo 2%。

一种复合陶瓷锯片材料的制备方法，所述的制备工艺按照以下步骤进行，（1）湿混球磨：将原料在使用前单独球磨95h，然后将准备好的TiB₂、(W,Ti)、Ni和Mo等原料按比例配制好后放入聚氨酯桶内用硬质合金球在球磨机上连续球磨45h，控制球料的质量比为6：1；（2）真空干燥：待步骤（1）中的混合料球磨好后将球磨后的复合粉体放入真空干燥箱中干燥，控制干燥温度为100℃，控制干燥时间为60～80min；（3）过筛：将步骤（2）中干燥后的复合粉体通过100目的不锈钢筛网过筛，得到混合均匀的复合粉体，然后封装备用；

（4）热压烧结：将步骤（3）中得到的复合粉体装入模具中，在热压炉中进行真空热压烧结成型，热压烧结工艺具体为烧结开始后以75℃/min的升温速率从20℃升至1280℃，然后保温3min，保温结束后以50℃/min的升温速率升至1640℃，保温40min，控制热压烧结压力为28MPa。

实施例2：其余与实施例1相同，不同之处在于所述复合陶瓷锯片材料的组份配比包括TiB₂ 73%、(W,Ti)C 20%、Ni 5%和Mo 2%；所述步骤（1）中，控制原料使用前的单独球磨时间为96h，控制混合原料时的球磨时间为48h，控制球料的质量比为7：1；所述步骤（2）中，控制干燥温度为105℃，控制干燥时间为70℃；所述步骤（4）中，烧结开始后升温至1300℃，然后保温4min，保温结束后升温至1650℃，保温50min，控制热压烧结压力为32MPa。

实施例3：其余与实施例1相同，不同之处在于所述复合陶瓷锯片材料的组份配比包括TiB₂ 75%、(W,Ti)C 20%、Ni 4%和Mo 1%；所述步骤（1）中，控制原料使用前的单独球磨时间为97h，控制混合原料时的球磨时间为49h，控制球料的质量比为8：1；所述步骤（2）中，控制干燥温度为108℃，控制干燥时间为72℃；所述步骤（4）中，烧结开始后升温至1305℃，然后保温5min，保温结束后升温至1655℃，保温53min，控制热压烧结压力为35MPa。

经过以上工艺步骤后，取出陶瓷锯片样品，待测：

序号	抗弯强度/MPa	断裂韧度/MPa·m^1/2	维氏硬度/GPa	微观组织
					实施例1	1100.25	7.56	20.21	粗大晶粒和气孔少，组织分布均匀
实施例2	1098.75	7.45	19.98	粗大晶粒和气孔少，组织分布均匀
					实施例3	1105.36	7.60	21.06	粗大晶粒和气孔少，组织分布均匀

由以上数据可知，制备出的陶瓷锯片材料抗弯强度达到了1000 MPa以上，抗弯性能好，断裂韧度高于7.40MPa·m^1/2，不易断裂，且硬度高，耐磨性好，微观组织中粗大晶粒和气孔少，组织分布均匀，且制备工艺简单，易实现大规模生产。

显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种复合陶瓷锯片材料，其特征在于：所述复合陶瓷锯片材料的组份配比包括TiB₂ 68%～75%、(W,Ti)C 18%～25%、Ni 4%～7%和Mo 1%～5%。

2.根据权利要求1所述的一种复合陶瓷锯片材料，其特征在于：所述复合陶瓷锯片材料的组份配比包括TiB₂ 73%、(W,Ti)C 20%、Ni 5%和Mo 2%。

3.一种根据权利要求1或2的复合陶瓷锯片材料的制备方法，其特征在于：所述的制备工艺按照以下步骤进行，（1）湿混球磨：将准备好的TiB₂、(W,Ti)、Ni和Mo等原料按比例配制好后放入聚氨酯桶内用硬质合金球在球磨机上连续球磨45～50h；（2）真空干燥：待步骤（1）中的混合料球磨好后将球磨后的复合粉体放入真空干燥箱中干燥，控制干燥温度为100～110℃，控制干燥时间为60～80min；（3）过筛：将步骤（2）中干燥后的复合粉体通过100目的不锈钢筛网过筛，得到混合均匀的复合粉体，然后封装备用；（4）热压烧结：将步骤（3）中得到的复合粉体装入模具中，在热压炉中进行真空热压烧结成型。

4.根据权利要求3所述的一种复合陶瓷锯片材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中所用的原料在使用前均需要单独球磨95～98h。

5.根据权利要求3所述的一种复合陶瓷锯片材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）的球磨工艺中，控制球料的质量比为（6～8）：1。

6.根据权利要求3所述的一种复合陶瓷锯片材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）的热压烧结工艺具体为烧结开始后以75℃/min的升温速率从20℃升至1280～1310℃，然后保温3～5min，保温结束后以50℃/min的升温速率升至1640～1660℃，保温40～55min，控制热压烧结压力为28～35MPa。