CN106278197A - 一种复合陶瓷刀具材料及其制备方法 - Google Patents

一种复合陶瓷刀具材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106278197A
CN106278197A CN201610625914.6A CN201610625914A CN106278197A CN 106278197 A CN106278197 A CN 106278197A CN 201610625914 A CN201610625914 A CN 201610625914A CN 106278197 A CN106278197 A CN 106278197A
Authority
CN
China
Prior art keywords
powder
zro
cbn
composite ceramic
tool material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201610625914.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106278197B (zh
Inventor
孙旭东
张梦雯
修稚萌
李继光
李晓东
霍地
张牧
刘绍宏
朱琦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northeastern University China
Original Assignee
Northeastern University China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Northeastern University China filed Critical Northeastern University China
Priority to CN201610625914.6A priority Critical patent/CN106278197B/zh
Publication of CN106278197A publication Critical patent/CN106278197A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106278197B publication Critical patent/CN106278197B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C04B2235/3225—Yttrium oxide or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3244—Zirconium oxides, zirconates, hafnium oxides, hafnates, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3246—Stabilised zirconias, e.g. YSZ or cerium stabilised zirconia
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3852—Nitrides, e.g. oxynitrides, carbonitrides, oxycarbonitrides, lithium nitride, magnesium nitride
    • C04B2235/386—Boron nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/658—Atmosphere during thermal treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/658—Atmosphere during thermal treatment
    • C04B2235/6581—Total pressure below 1 atmosphere, e.g. vacuum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/77—Density
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

一种复合陶瓷刀具材料及其制备方法，材料含有成分及体积百分数为Al2O3：80～90％，ZrO2：5～15％，cBN：3～10％，三者体积百分数之和为100％；方法：1)准备取Al2O3粉末、ZrO2粉末和cBN粉末；2)将柠檬酸铵和/或聚丙烯酸氨，溶于水制成分散剂溶液；3)将Al2O3粉末、ZrO2粉末、cBN粉末和分散剂溶液，球磨混料后，干燥，制得的混合粉末；4)将混合粉末，在真空或惰性气体气氛下热压烧结，制得Al2O3‑ZrO2‑cBN复合陶瓷刀具材料。本发明方法添加ZrO2和cBN起到增韧的作用；添加少量的cBN避免了烧结需要的高温高压条件；通过分散剂的选取，解决了混料过程中纳米尺寸粉末的团聚问题；制备的材料中氧化锆全部为四方相，氮化硼仍保持立方相。

Description

一种复合陶瓷刀具材料及其制备方法
技术领域
本发明属于陶瓷刀具材料技术领域，具体涉及一种复合陶瓷刀具材料及其制备工艺。
背景技术
近年来，陶瓷和立方氮化硼等刀具材料的使用比例正在逐年增加，这一方面是由于高速钢、硬质合金等刀具无法满足淬火钢、高温合金等难加工材料的加工需求；另一方面，陶瓷刀具和立方氮化硼具有优异的高温硬度和化学稳定性，使得其在切削加工中具有独特的优势。
Al2O3具有优异的室温和高温硬度，耐磨性和抗氧化性，使得Al2O3成为应用最广泛的陶瓷刀具材料之一。然而，较低的断裂韧性导致其在切削过程中容易产生崩刀，较低的导热性会造成切削区域温度过高而影响工件表面质量，因而大大限制了其发展。因此，提高氧化铝基陶瓷刀具的韧性和导热性是研发新型陶瓷刀具材料要解决的主要问题。
众说周知，t-ZrO2因其特有的四方相向单斜相的转变，发生体积膨胀，以阻止裂纹的扩展，能明显起到增韧的作用。但ZrO2的硬度偏低，会造成ZrO2增韧Al2O3的复合材料的硬度降低，耐磨性下降。
cBN具有仅次于金刚石的超高硬度、耐磨性和导热性，并且其高温稳定性远强于金刚石，因而cBN在短短几十年的时间就得到迅速的发展。但由于cBN的强共价键，使得cBN刀具材料通常是在超高压下制备的。苛刻的烧结条件是制备cBN刀具材料面临的最大问题。
专利CN 1293016C公开了一种Al2O3/ZrO2(Y2O3)纳米复合陶瓷刀具材料及其制备方法。该材料组分包括体积百分比为65～90％的Al2O3和摩尔百分比含1.5～3.5％Y2O3的ZrO2纳米粉，其体积百分比为10～35％。烧结温度为1500-1650℃，保温时间为0.5-2.5小时。所制备的陶瓷刀具材料的抗弯强度为750～950MPa，断裂韧性为7.8～9.6MPa·m1/2。
专利CN 103641456 B公开了一种高强度纳米复合陶瓷材料及其制备方法，该材料的特征在于，各组分按重量百分比：纳米ZrO22.5～5份，亚微米Al2O340～45份，纳米TiC 30～40份，纳米BN 0.5～4份以及纳米B4C 1～4分，其余为纳米MgO。制备复合材料的烧结工艺为1500～1700℃，其硬度为13.4～18.3GPa，抗弯强度为620～720MPa，断裂韧性为5.8～8.5MPa·m1/2。
专利CN 102821898 B公开了一种cBN烧结体，这种烧结体包含20～65vol％的cBN，34～80vol％的Al2O3以及1～6vol％ZrO2和Zr的氮化物、碳化物、碳氮化物、硼化物和硼氮化物及其固溶体中的至少一种。混合粉末在5.5～7GPa的超高压下烧结获得cBN烧结体。
专利CN 101583451 B公开了一种cBN烧结体，这种cBN烧结体含有50～90vol％或者40～85vol％的cBN，9～50vol％Al2O3和ZrO2，并且氧化锆和氧化铝的比值在0.1～4以及1～20vol％的TiC。烧结温度为1200～1950℃，烧结压力为4～7GPa。
以上的几种方法存在烧结时间长，能耗大；烧结压力大，设备复杂，制造成本高；原料组分多，工艺复杂；复合材料的性能不够理想等问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有的Al2O3基复合刀具材料及其制备工艺上存在的问题，提供一种Al2O3-ZrO2-cBN复合陶瓷刀具材料及其制备方法。采用纳米Al2O3作为基体，由Y2O3稳定的纳米ZrO2为增韧相，添加一定量的微米级的cBN粉末，以提高了复合材料的硬度、耐磨性和导热性，进而获得高性能的Al2O3-ZrO2-cBN复合陶瓷刀具材料。
本发明的复合陶瓷刀具材料，含有成分及其体积百分数为Al2O3∶80～90％，ZrO2∶5～15％，cBN∶3～10％，Al2O3、ZrO2和cBN的体积百分数之和为100％。
发明的复合陶瓷刀具材料，其相对密度为99.0～99.6％，硬度为19～22GPa，抗弯强度为520～710MPa，断裂韧性为8～11MPa·m1/2。
本发明的复合陶瓷刀具材料，其微观组织中，氧化锆全部为四方相，氮化硼为立方相。
本发明的复合陶瓷刀具材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，准备原料粉末：
按复合陶瓷刀具材料的成分，称取Al2O3粉末、ZrO2粉末和cBN粉末；其中，Al2O3粉末粒度为0.08～0.15μm；ZrO2粉末粒度为0.02～0.08μm；cBN粉末粒度为0.1～5μm；
步骤2，配置分散剂溶液：
将柠檬酸铵和/或聚丙烯酸氨，溶于水中制成分散剂溶液；其中：柠檬酸铵占粉末质量和的0.2～0.6％，聚丙烯酸铵占粉末质量和的0.15～0.7％；
步骤3，制备Al2O3-ZrO2-cBN的混合粉末：
(1)将Al2O3粉末、ZrO2粉末、cBN粉末和分散剂溶液，球磨混料，制得混合物料；
(2)将混合物料，干燥，制得Al2O3-ZrO2-cBN的混合粉末；
步骤4，热压烧结：
将混合粉末，在真空或惰性气体气氛下热压烧结，烧结温度为1300～1500℃，热压压力为35～54MPa，热压时间为10～30min，制得Al2O3-ZrO2-cBN复合陶瓷刀具材料。
所述步骤1中，ZrO2粉末为Y2O3稳定的ZrO2粉末。
所述步骤2中，粉末质量和是指，步骤1中的Al2O3粉末、ZrO2粉末和cBN粉末三者质量之和。
所述步骤2中，水的体积的选取按照配制步骤1中所称取的粉末的固含量的20～30％计算，即：Al2O3粉末、ZrO2粉末和cBN粉末的体积和：(Al2O3粉末、ZrO2粉末和cBN粉末的体积和+水的体积)＝20～30％。
所述步骤3(1)中，球磨混料采用氧化铝磨球，球磨混料时间为12～36h。
所述步骤3(2)中，干燥温度为80～120℃，干燥时间为12～36h。
所述步骤4中，真空条件是指真空度＜10-2Pa。
所述步骤4中，惰性气氛为氩气气氛，气体流量为1～5L/min。
本发明的复合陶瓷刀具材料及其制备方法，与现有技术相比，有益效果为：
(1)本发明方法通过添加由Y2O3稳定的ZrO2以起到增韧的作用，通过添加一定量的cBN，避免了cBN烧结需要的高温高压条件，并且起到提高复合材料的硬度，耐磨性和导热性的作用；另外，添加cBN还能起到抑制Al2O3和ZrO2晶粒长大，进而起到增强增韧的结果；
(2)本发明方法通过选择合适的分散剂以及最佳的分散剂用量解决了混料过程中纳米尺寸粉末的团聚问题，通过选择合适的球磨工艺解决了各种粉末的均匀混合问题，制备出了各相均匀分布的Al2O3-ZrO2-cBN复合刀具材料；
(3)本发明方法制备的Al2O3-ZrO2-cBN复合刀具材料中氧化锆全部为四方相，氮化硼仍保持立方相。
(4)本发明方法制备的Al2O3-ZrO2-cBN复合陶瓷刀具材料具有制备工艺简单，韧性好，综合机械性能高，切削性能优异的特点。在生产应用中，能大大减少制备时间，简化制备工艺，节约能源，提高生产效率，降低生产成本，提高切削性能，延长使用寿命，提高加工效率，节约成本，可用于加工淬火钢、高温合金等难加工材料。
如图说明
图1本发明实施例1制备的复合陶瓷刀具材料的X射线衍射图谱；
图2本发明实施例1制备的复合陶瓷刀具材料的扫描电子显微镜照片。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做详细说明，但本发明的保护范围不仅限于下述实施例。
实施例1
一种复合陶瓷刀具材料，含有成分及其体积百分数为Al2O3∶85％，ZrO2∶10％，cBN∶5％。
上述复合陶瓷刀具材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，准备原料粉末：
按复合陶瓷刀具材料的成分，称取Al2O3粉末、Y2O3稳定的ZrO2粉末和cBN粉末；其中，Al2O3粉末粒度为0.08～0.15μm；Y2O3稳定的ZrO2粉末粒度为0.02～0.08μm；cBN粉末粒度为1～2um；
步骤2，配置分散剂溶液：
将柠檬酸铵和聚丙烯酸氨溶于水中制成分散剂溶液；其中：柠檬酸铵占粉末质量和的0.20％，聚丙烯酸铵占粉末质量和的0.05％；水的体积的选取按照配制步骤1中所称取的粉末的固含量的20％计算。
步骤3，制备Al2O3-ZrO2-cBN的混合粉末：
(1)将Al2O3粉末、ZrO2粉末、cBN粉末和分散剂溶液，球磨混料，球磨混料采用氧化铝磨球，球磨混料时间为24h，制得混合物料；
(2)将混合物料干燥，干燥温度为90℃，干燥时间为24h，制得Al2O3-ZrO2-cBN的混合粉末；
步骤4，热压烧结：
将混合粉末，在氩气气氛下热压烧结，烧结温度为1350℃，热压压力为44MPa，热压时间为20min，制得Al2O3-ZrO2-cBN复合陶瓷刀具材料；其中，氩气体流量为2L/min。
本实施例制备的复合陶瓷刀具材料，其微观组织中，氧化锆全部为四方相，氮化硼为立方相；本实施例制备的复合陶瓷刀具材料，其相对密度为99.5％，硬度为20.6GPa，抗弯强度为680MPa，断裂韧性为9.6MPa·m1/2；本实施例制备的Al2O3-ZrO2-cBN复合陶瓷刀具材料的X射线衍射图谱如图1所示，其扫描电子显微镜照片如图2所示。
实施例2
一种复合陶瓷刀具材料，含有成分及其体积百分数为Al2O3∶80％，ZrO2∶10％，cBN∶10％。
上述复合陶瓷刀具材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，准备原料粉末：
按复合陶瓷刀具材料的成分，称取Al2O3粉末、Y2O3稳定的ZrO2粉末和cBN粉末；其中，Al2O3粉末粒度为0.08～0.15μm；Y2O3稳定的ZrO2粉末粒度为0.02～0.08μm；cBN粉末粒度为2～3μm；
步骤2，配置分散剂溶液：
将柠檬酸铵和聚丙烯酸氨溶于水中制成分散剂溶液；其中：柠檬酸铵占粉末质量和的0.50％，聚丙烯酸铵占粉末质量和的0.15％；水的体积的选取按照配制步骤1中所称取的粉末的固含量的30％计算。
步骤3，制备Al2O3-ZrO2-cBN的混合粉末：
(1)将Al2O3粉末、ZrO2粉末、cBN粉末和分散剂溶液，球磨混料，球磨混料采用氧化铝磨球，球磨混料时间为12h，制得混合物料；
(2)将混合物料干燥，干燥温度为90℃，干燥时间为24h，制得Al2O3-ZrO2-cBN的混合粉末；
步骤4，热压烧结：
将混合粉末，在氩气气氛下热压烧结，烧结温度为1500℃，热压压力为35MPa，热压时间为10min，制得Al2O3-ZrO2-cBN复合陶瓷刀具材料；其中，氩气体流量为5L/min。
本实施例制备的复合陶瓷刀具材料，其微观组织中，氧化锆全部为四方相，氮化硼为立方相。本实施例制备的复合陶瓷刀具材料，其相对密度为99.0％，硬度为21.5GPa，抗弯强度为520MPa，断裂韧性为8.8MPa·m1/2。
实施例3
一种复合陶瓷刀具材料，含有成分及其体积百分数为Al2O3∶80％，ZrO2∶15％，cBN∶5％。
上述复合陶瓷刀具材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，准备原料粉末：
按复合陶瓷刀具材料的成分，称取Al2O3粉末、Y2O3稳定的ZrO2粉末和cBN粉末；其中，Al2O3粉末粒度为0.08～0.15μm；Y2O3稳定的ZrO2粉末粒度为0.02～0.08μm；cBN粉末粒度为3～5μm；
步骤2，配置分散剂溶液：
将聚丙烯酸氨溶于水中制成分散剂溶液；其中：聚丙烯酸铵占粉末质量和的0.70％；水的体积的选取按照配制步骤1中所称取的粉末的固含量的20％计算。
步骤3，制备Al2O3-ZrO2-cBN的混合粉末：
(1)将Al2O3粉末、ZrO2粉末、cBN粉末和分散剂溶液，球磨混料，球磨混料采用氧化铝磨球，球磨混料时间为24h，制得混合物料；
(2)将混合物料干燥，干燥温度为120℃，干燥时间为36h，制得Al2O3-ZrO2-cBN的混合粉末；
步骤4，热压烧结：
将混合粉末，在真空气氛下热压烧结，烧结温度为1450℃，热压压力为40MPa，热压时间为20min，制得Al2O3-ZrO2-cBN复合陶瓷刀具材料；其中，真空条件是指真空度为5×10- 3pa。
本实施例制备的复合陶瓷刀具材料，其微观组织中，氧化锆全部为四方相，氮化硼为立方相；本实施例制备的复合陶瓷刀具材料，其相对密度为99.3％，硬度为20.1GPa，抗弯强度为650MPa，断裂韧性为10.5MPa·m1/2。
实施例4
一种复合陶瓷刀具材料，含有成分及其体积百分数为Al2O3∶90％，ZrO2∶5％，cBN∶5％。
上述复合陶瓷刀具材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，准备原料粉末：
按复合陶瓷刀具材料的成分，称取A12O3粉末、Y2O3稳定的ZrO2粉末和cBN粉末；其中，Al2O3粉末粒度为0.08～0.15μm；Y2O3稳定的ZrO2粉末粒度为0.02～0.08μm；cBN粉末粒度为0.5～1um；
步骤2，配置分散剂溶液：
将柠檬酸铵溶于水中制成分散剂溶液；其中：柠檬酸铵占粉末质量和的0.6％；水的体积的选取按照配制步骤1中所称取的粉末的固含量的30％计算。
步骤3，制备Al2O3-ZrO2-cBN的混合粉末：
(1)将Al2O3粉末、ZrO2粉末、cBN粉末和分散剂溶液，球磨混料，球磨混料采用氧化铝磨球，球磨混料时间为24h，制得混合物料；
(2)将混合物料干燥，干燥温度为90℃，干燥时间为24h，制得Al2O3-ZrO2-cBN的混合粉末；
步骤4，热压烧结：
将混合粉末，在真空气氛下热压烧结，烧结温度为1400℃，热压压力为47MPa，热压时间为l0min，制得Al2O3-ZrO2-cBN复合陶瓷刀具材料；其中，真空条件是指真空度为5×10- 3Pa。
本实施例制备的复合陶瓷刀具材料，其微观组织中，氧化锆全部为四方相，氮化硼为立方相；本实施例制备的复合陶瓷刀具材料，其相对密度为99.6％，硬度为21.8GPa，抗弯强度为710MPa，断裂韧性为8.4MPa·m1/2。
实施例5
一种复合陶瓷刀具材料，含有成分及其体积百分数为Al2O3∶87％，ZrO2∶10％，cBN∶3％。
上述复合陶瓷刀具材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，准备原料粉末：
按复合陶瓷刀具材料的成分，称取Al2O3粉末、Y2O3稳定的ZrO2粉末和cBN粉末；其中，Al2O3粉末粒度为0.08～0.15μm；Y2O3稳定的ZrO2粉末粒度为0.02～0.08μm；cBN粉末粒度为0.1～0.25μm；
步骤2，配置分散剂溶液：
将柠檬酸铵和聚丙烯酸氨，溶于水中制成分散剂溶液；其中：柠檬酸铵占粉末质量和的0.40％，聚丙烯酸铵占粉末质量和的0.25％；水的体积的选取按照配制步骤1中所称取的粉末的固含量的25％计算。
步骤3，制备Al2O3-ZrO2-cBN的混合粉末：
(1)将Al2O3粉末、ZrO2粉末、cBN粉末和分散剂溶液，球磨混料，球磨混料采用氧化铝磨球，球磨混料时间为36h，制得混合物料；
(2)将混合物料干燥，干燥温度为80℃，干燥时间为36h，制得Al2O3-ZrO2-cBN的混合粉末；
步骤4，热压烧结：
将混合粉末，在氩气气氛下热压烧结，烧结温度为1300℃，热压压力为54MPa，热压时间为30min，制得Al2O3-ZrO2-cBN复合陶瓷刀具材料；其中，氩气体流量为1L/min。
本实施例制备的复合陶瓷刀具材料，其微观组织中，氧化锆全部为四方相，氮化硼为立方相；本实施例制备的复合陶瓷刀具材料，其相对密度为99.2％，硬度为19.5GPa，抗弯强度为580MPa，断裂韧性为8.2MPa·m1/2。

Claims (9)

1.一种复合陶瓷刀具材料，其特征在于，含有成分及其体积百分数为Al2O3：80～90％，ZrO2：5～15％，cBN：3～10％，Al2O3、ZrO2和cBN的体积百分数之和为100％。
2.根据权利要求1所述的复合陶瓷刀具材料，其特征在于，所述复合陶瓷刀具材料的相对密度为99.0～99.6％，硬度为19～22GPa，抗弯强度为520～710MPa，断裂韧性为8～11MPa·m1/2。
3.根据权利要求1所述的复合陶瓷刀具材料，其特征在于，其微观组织中，氧化锆全部为四方相，氮化硼为立方相。
4.权利要求1所述的复合陶瓷刀具材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，准备原料粉末：
按复合陶瓷刀具材料的成分，称取Al2O3粉末、ZrO2粉末和cBN粉末；其中，Al2O3粉末粒度为0.08～0.15μm；ZrO2粉末粒度为0.02～0.08μm；cBN粉末粒度为0.1～5μm；
步骤2，配置分散剂溶液：
将柠檬酸铵和/或聚丙烯酸氨，溶于水中制成分散剂溶液；其中：柠檬酸铵占粉末质量和的0.2～0.6％，聚丙烯酸铵占粉末质量和的0.15～0.7％；
步骤3，制备Al2O3-ZrO2-cBN的混合粉末：
(1)将Al2O3粉末、ZrO2粉末、cBN粉末和分散剂溶液，球磨混料，制得混合物料；
(2)将混合物料，干燥，制得Al2O3-ZrO2-cBN的混合粉末；
步骤4，热压烧结：
将混合粉末，在真空或惰性气体气氛下热压烧结，烧结温度为1300～1500℃，热压压力为35～54MPa，热压时间为10～30min，制得Al2O3-ZrO2-cBN复合陶瓷刀具材料。
5.根据权利要求4所述的复合陶瓷刀具材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，ZrO2粉末为Y2O3稳定的ZrO2粉末。
6.根据权利要求4所述的复合陶瓷刀具材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，水的体积的选取按照配制步骤1中所称取的粉末的固含量的20～30％计算。
7.根据权利要求4所述的复合陶瓷刀具材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3(1)中，球磨混料采用氧化铝磨球，球磨混料时间为12～36h。
8.根据权利要求4所述的复合陶瓷刀具材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3(2)中，干燥温度为80～120℃，干燥时间为12～36h。
9.根据权利要求4所述的复合陶瓷刀具材料的制备方法，其特征在于，所述步骤4中，真空条件是指真空度<10-2Pa；惰性气氛为氩气气氛，气体流量为1～5L/min。
CN201610625914.6A 2016-07-29 2016-07-29 一种复合陶瓷刀具材料及其制备方法 Active CN106278197B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610625914.6A CN106278197B (zh) 2016-07-29 2016-07-29 一种复合陶瓷刀具材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610625914.6A CN106278197B (zh) 2016-07-29 2016-07-29 一种复合陶瓷刀具材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106278197A true CN106278197A (zh) 2017-01-04
CN106278197B CN106278197B (zh) 2019-01-08

Family

ID=57664015

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610625914.6A Active CN106278197B (zh) 2016-07-29 2016-07-29 一种复合陶瓷刀具材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106278197B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106938932A (zh) * 2017-03-14 2017-07-11 南京云启金锐新材料有限公司 高纯高强度氧化锆氮化硅复合陶瓷及其制备方法
CN113321504A (zh) * 2021-07-06 2021-08-31 中国有色桂林矿产地质研究院有限公司 一种氧化锆增韧氧化铝陶瓷材料及其制备方法和应用
CN113880557A (zh) * 2021-08-18 2022-01-04 郑州航空工业管理学院 AL2O3-cBN基陶瓷刀具材料及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101583451A (zh) * 2007-01-15 2009-11-18 住友电工硬质合金株式会社 cBN烧结体和由cBN烧结体制成的工具
CN102713005A (zh) * 2010-01-20 2012-10-03 株式会社Ihi 刀具用刀尖结构及具备该刀尖结构的刀具
CN103764595A (zh) * 2011-06-21 2014-04-30 戴蒙得创新股份有限公司 由陶瓷和低体积立方氮化硼形成的复合致密体及制造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101583451A (zh) * 2007-01-15 2009-11-18 住友电工硬质合金株式会社 cBN烧结体和由cBN烧结体制成的工具
CN102713005A (zh) * 2010-01-20 2012-10-03 株式会社Ihi 刀具用刀尖结构及具备该刀尖结构的刀具
CN103764595A (zh) * 2011-06-21 2014-04-30 戴蒙得创新股份有限公司 由陶瓷和低体积立方氮化硼形成的复合致密体及制造方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106938932A (zh) * 2017-03-14 2017-07-11 南京云启金锐新材料有限公司 高纯高强度氧化锆氮化硅复合陶瓷及其制备方法
CN113321504A (zh) * 2021-07-06 2021-08-31 中国有色桂林矿产地质研究院有限公司 一种氧化锆增韧氧化铝陶瓷材料及其制备方法和应用
CN113880557A (zh) * 2021-08-18 2022-01-04 郑州航空工业管理学院 AL2O3-cBN基陶瓷刀具材料及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN106278197B (zh) 2019-01-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111378888B (zh) 一种纳米粒子界面强化的高氮含量Ti(C,N)基金属陶瓷材质及其制备方法
CN104496429B (zh) Al2O3‑Ti(C,N)‑cBN陶瓷刀具材料及其制备方法
CN110205533A (zh) 一种硬质合金及其制备方法与应用
CN102632261B (zh) 一种金属陶瓷刀具及其制备方法
KR20060110431A (ko) 유심구조가 없는 고용체 분말, 그 제조 방법, 상기 고용체분말을 포함하는 서멧트용 분말, 그 제조 방법, 상기고용체 분말 및 서멧트용 분말을 이용한 유심구조가 없는세라믹스 소결체 및 서멧트
CN105950940B (zh) 一种镀镍立方氮化硼复合材料及其制备方法
CN104609865A (zh) 一种氮化硅基导电陶瓷的制备方法及氮化硅基导电陶瓷刀具的成型方法
CN104072138B (zh) 一种碳化钨-立方氮化硼复合材料及其制备方法
CN106007680A (zh) 石墨烯增韧A12O3/Ti(C,N)纳米复合陶瓷刀具材料及其制备方法
CN101255512A (zh) 含硼的碳氮化钛基金属陶瓷刀具材料及其制备工艺
CN103182506A (zh) 一种TiCp/M2高速钢复合材料及其SPS制备方法
CN106278197A (zh) 一种复合陶瓷刀具材料及其制备方法
JP2011194511A (ja) 高靭性立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料と切削工具
JP2019006662A (ja) ホウ素系結合材を用いたダイヤモンド基複合材及びその製造方法、並びにこれを用いた工具要素
Liu et al. Mechanical properties and microstructure of Ti (C 5 N 5)-TiB 2-(W 7 Ti 3) C composite cutting tool materials
CN106591679A (zh) 一种高强韧改性高锰钢基TiC/TiN钢结硬质合金的制备方法
CN113880557A (zh) AL2O3-cBN基陶瓷刀具材料及其制备方法
CN113620713A (zh) 一种WC/VCx硬质材料及其制备方法和应用
CN105039763A (zh) 一种钛基复合刀具材料的粉末冶金制备方法
KR100796649B1 (ko) 인성을 향상시키는 2차 상이 완전 고용상으로부터 상분리에의하여 형성된 세라믹과 서멧트 및 각각의 제조 방법
CN107043260A (zh) 一种新型三元锇铼二硼化物(Os1‑xRexB2)硬质材料及其制备方法
Sugiyama et al. Preparation of WC-WB-W2B composites from B4C-W-WC powders and their mechanical properties
CN113462944A (zh) 硼掺杂(Ti,W,Mo,Nb,Ta)(C,N)-Co-Ni粉、金属陶瓷及制备方法
CN112876253B (zh) 一种低温烧结高韧耐磨wc陶瓷及其制备方法
CN112899510B (zh) 一种TiC/Ni复合材料的原位反应合成方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant