CN105236985A - 一种陶瓷刀具材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种陶瓷刀具材料及其制备方法，该陶瓷刀具材料按照重量比包括：25～30wt.％微米级Si₃N₄；4～5wt.％纳米级Si₃N₄；47～52wt.％微米级TiC；3～4wt.％纳米级SiC；1～2wt％抗菌料余量为烧结助剂。本发明在微米级粉体中加入纳米级颗粒后，强度和硬度都得到较大提高，其中，抗弯强度达到1000MPa以上，断裂韧性超过8.7MPa.m^1/2,维氏硬度超过19.6GPa。

Description

一种陶瓷刀具材料及其制备方法

技术领域

本申请属于材料技术领域，特别是涉及一种陶瓷刀具材料及其制备方法。

背景技术

高速切削加工技术在现代工业生产中具有举足轻重的地位，是高效、高精密加工的发展方向，具有广阔的发展前景。刀具是高速切削加工技术中关键的因素之一，刀具材料的性能以及刀具的寿命已成为制约难加工材料加工效率及加工质量的主要原因。

发明内容

本发明的目的在于提供一种陶瓷刀具材料及其制备方法，以克服现有技术中的不足。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本申请实施例公开一种陶瓷刀具材料，其特征在于，按照重量比包括：

25～30wt.％微米级Si₃N₄；

4～5wt.％纳米级Si₃N₄；

47～52wt.％微米级TiC；

3～4wt.％纳米级SiC；

1～2wt％抗菌料

余量为烧结助剂。

优选的，在上述的陶瓷刀具材料中，所述烧结助剂为Al₂O₃和Y₂O₃的混合。

本申请实施例还公开了一种陶瓷刀具材料的制备方法，包括步骤：

(1)、按照所述配比混合物料，得到复合粉料；

(2)、采用真空热压烧结方法对复合粉料进行烧结，烧结温度为1600～1700℃，烧结时间为0.5～1h；机械加压压力为20～30MPa。

优选的，在上述的陶瓷刀具材料的制备方法中，所述复合粉料的制备方法包括：

a、采用浓度为4wt％的HF酸溶液分别对微米级Si₃N₄和微米级TiC进行反复酸洗，去除杂质，直至pH值大于6以上为止；

b、采用浓度为1wt％的HF酸溶液分别对纳米级Si₃N₄和纳米级SiC进行反复酸洗，去除杂质；

c、将酸洗后的纳米级Si₃N₄和纳米级SiC中分别加入PEG分散剂，利用稀盐酸和氨水调节pH值至9～10，静置6～8小时，获得Si₃N₄悬浮液和纳米级SiC悬浮液；

d、将Si₃N₄悬浮液和纳米级SiC悬浮液混合，同时加入微米级Si₃N₄粉末、微米级TiC粉末和烧结助剂，获得复合粉末悬浮液，干燥后获得复合粉料。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明在微米级粉体中加入纳米级颗粒后，强度和硬度都得到较大提高，其中，抗弯强度达到1000MPa以上，断裂韧性超过8.7MPa.m^1/2,维氏硬度超过19.6GPa。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为本发明具体实施例中陶瓷刀具材料的SEM照片。

具体实施方式

本发明通过下列实施例作进一步说明：根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。

陶瓷刀具材料的制备方法，包括步骤：

(1)、采用浓度为4wt％的HF酸溶液分别对微米级Si₃N₄和微米级TiC进行反复酸洗，去除杂质，直至pH值大于6以上为止；采用浓度为1wt％的HF酸溶液分别对纳米级Si₃N₄和纳米级SiC进行反复酸洗，去除杂质；将酸洗后的纳米级Si₃N₄和纳米级SiC中分别加入PEG分散剂，利用稀盐酸和氨水调节pH值至9，静置6小时，获得Si₃N₄悬浮液和纳米级SiC悬浮液；将Si₃N₄悬浮液和纳米级SiC悬浮液混合，同时加入微米级Si₃N₄粉末、微米级TiC粉末和烧结助剂，获得复合粉末悬浮液，干燥后获得复合粉料。

上述复合粉料中，按照重量比包括：25wt.％微米级Si₃N₄；4wt.％纳米级Si₃N₄；52wt.％微米级TiC；4wt.％纳米级SiC；2wt％抗菌料。

多种不同数量级粒径粉体混合在一起，分散机制的选择和分散过程比较困难，因为不同粒径、不同组分的粉体表面活性不一，采用上述方法获得的复合粉体稳定性高、分散性好。

(2)采用真空热压烧结方法对复合粉料进行烧结，烧结助剂为Al₂O₃和Y₂O₃的混合，烧结温度为1650℃，烧结时间为1h；机械加压压力为30MPa。

所获得的陶瓷材料的SEM照片参图1所示。从图中看出，Si₃N₄类晶须的尺寸为0.2～1.2μm，长径比为2～5，晶须均匀分布在小晶粒之间。

对其强度和硬度进行测试，抗弯强度达到1000MPa以上，断裂韧性超过8.7MPa.m^1/2,维氏硬度超过19.6GPa。

最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

Claims (4)

1.一种陶瓷刀具材料，其特征在于，按照重量比包括：

25～30wt.％微米级Si₃N₄；

4～5wt.％纳米级Si₃N₄；

47～52wt.％微米级TiC；

3～4wt.％纳米级SiC；

1～2wt％抗菌料

余量为烧结助剂。

2.根据权利要求1所述的陶瓷刀具材料，其特征在于：所述烧结助剂为Al₂O₃和Y₂O₃的混合。

3.一种陶瓷刀具材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：

(1)、按照权利要求1所述配比混合物料，得到复合粉料；

(2)、采用真空热压烧结方法对复合粉料进行烧结，烧结温度为1600～1700℃，烧结时间为0.5～1h；机械加压压力为20～30MPa。

4.根据权利要求3所述的陶瓷刀具材料的制备方法，其特征在于：所述复合粉料的制备方法包括：

a、采用浓度为4wt％的HF酸溶液分别对微米级Si₃N₄和微米级TiC进行反复酸洗，去除杂质，直至pH值大于6以上为止；

b、采用浓度为1wt％的HF酸溶液分别对纳米级Si₃N₄和纳米级SiC进行反复酸洗，去除杂质；

c、将酸洗后的纳米级Si₃N₄和纳米级SiC中分别加入PEG分散剂，利用稀盐酸和氨水调节pH值至9～10，静置6～8小时，获得Si₃N₄悬浮液和纳米级SiC悬浮液；

d、将Si₃N₄悬浮液和纳米级SiC悬浮液混合，同时加入微米级Si₃N₄粉末、微米级TiC粉末和烧结助剂，获得复合粉末悬浮液，干燥后获得复合粉料。