CN106278253B - 高硬度、高韧性陶瓷的制作工艺及其制得的环形切刀 - Google Patents

高硬度、高韧性陶瓷的制作工艺及其制得的环形切刀 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高硬度、高韧性陶瓷的制作工艺，包括以下步骤：1)将氧化锆、氧化铪、氧化铝，以及含有海绵钛粉和海绵钼粉的稀土氧化物混合造粒；2)将混合造粒后的原料在模具中进行磁共振，然后通过成型机干压成型，得到坯体；3)将压制成型的坯体在高温炉内进行连续电热烧结，随炉降温后得到半成品陶瓷；4)对半成品陶瓷进行打磨、抛光，得到所需形状的陶瓷成品。本发明通过加入含有海绵钛粉和海绵钼粉等的稀土氧化物，以及对坯体进行三个阶段的连续电热烧结，使得制得的陶瓷除了具有传统陶瓷的硬度高、耐腐蚀性强、化学稳定性好、耐磨性高等特点外，还获得了很高的耐摔性能。本发明还提供一种环形切刀，其使用寿命长，分切效率高。

Description

高硬度、高韧性陶瓷的制作工艺及其制得的环形切刀
技术领域
本发明涉及陶瓷加工技术领域，具体涉及一种高硬度、高韧性陶瓷的制作工艺及其制得的环形切刀。
背景技术
切削加工是机械加工中最基本、最可靠的加工手段，而刀具的性能是影响切削加工效率、精度、表面质量等的决定性因素之一。传统金属刀具因其局限性已无法胜任现代科技发展所需要的各种高强、高硬及高速工程材料的切削加工，而陶瓷刀具则以其优异的耐热性、耐磨性和化学稳定性，在高速切削领域和切削难加工材料方面显示了传统金属刀具无法比拟的优势。现有陶瓷刀具主要以氧化锆、氧化铝和氮化硅等材料为基体，通过改性掺杂添加剂提高物理性能，并结合高温烧结工艺和打磨抛光工艺优化加工成成品刀具，虽然具有硬度高、耐磨、耐热、耐腐蚀等优点，但在实际使用过程中，由于其脆性大，极易发生崩口、摔碎的情况，经常需要更换刀具，影响产品加工的连续性和产品加工质量，同时造成加工成本和设备维护成本的显著增加。
发明内容
本发明针对现有技术存在之缺失，提供一种高硬度、高韧性陶瓷的制作工艺及其制得的环形切刀，其可提高陶瓷材料耐摔、耐磨性能，避免陶瓷刀具在工作过程中出现崩刃的现象，降低加工成本和设备维护成本。
为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：
一种高硬度、高韧性陶瓷的制作工艺，包括以下步骤：
1)将氧化锆、氧化铪、氧化铝，以及含有海绵钛粉和海绵钼粉的稀土氧化物混合造粒；
2)将混合造粒后的原料在模具中进行磁共振，然后通过成型机干压成型，得到坯体；
3)将压制成型的坯体在高温炉内进行连续电热烧结，随炉降温后得到半成品陶瓷；其中，所述连续电热烧结过程包括第一阶段的升温预烧结、第二阶段的高温烧结和第三阶段的降温烧结，所述升温预烧结为在一定的升温速率下将温度提高到900～980℃，然后保温1.8～2.4小时；所述高温烧结在升温预烧结的前提下进行，在一定的升温速率下将温度提高到1570～1500℃，然后保温3.8～5.6小时；所述降温烧结在高温烧结前提下进行，在一定降温速率下将温度降到860～940℃，然后保温1～2小时；
4)对半成品陶瓷进行打磨、抛光，得到所需形状的陶瓷成品。
作为一种优选方案，步骤3)中，所述升温预烧结的升温速率控制在0.3～0.5℃/min，所述高温烧结的升温速率控制在1.5～2.5℃/min，所述降温烧结的降温速率控制在1.5～2.5℃/min。
作为一种优选方案，步骤1)中各组分的质量百分比含量分别为：氧化锆为93～96％，氧化铪为0.8～1.9％，氧化铝为0.5～1.0％，稀土氧化物为2.4～4.3％；其中，稀土氧化物中的海绵钛粉为0.6～1％，海绵钼粉为0.5～0.9％；各组分的质量百分比之和为100％。
作为一种优选方案，所述海绵钛粉的纯度大于99.5％，目数为3.5μm，所述海绵钼粉的纯度大于99.95％，目数为3.5μm。
作为一种优选方案，所述成型机的公称压力为150～240T。
一种由前述的制作工艺制得的环形切刀，以质量百分比计包括以下组分：氧化锆93～96％、氧化铪0.8～1.9％、氧化铝0.5～1.0％，以及含有海绵钛粉和海绵钼粉的稀土氧化物2.4～4.3％；其中，稀土氧化物中的海绵钛粉为0.6～1％，海绵钼粉为0.5～0.9％；各组分的质量百分比之和为100％。
作为一种优选方案，所述环形切刀包括呈圆环形的切刀主体，所述切刀主体的外圆边缘设有刀片刃口，所述刀片刃口为单侧刃口，所述刀片刃口与切刀主体的一个侧面锐角相交，所述刀片刃口与该侧面之间的角度为45°±0.1°。
作为一种优选方案，所述刀片刃口与切刀主体的一个侧面锐角相交，所述刀片刃口与该侧面之间的角度为45°。
作为一种优选方案，所述切刀主体的外圆边缘设有与刀片刃口连接的刀刃连接部，所述刀刃连接部与切刀主体的另一个侧面钝角相交，所述刀刃连接部与该侧面之间的角度为150°±0.1°。
作为一种优选方案，所述刀刃连接部与切刀主体的另一个侧面钝角相交，所述刀刃连接部与该侧面之间的角度为150°。
本发明通过采用以上技术方案，与现有技术相比具有以下优点和有益效果：1、通过对混合造粒后的原料进行磁共振，通过磁力线的作用，可以使得陶瓷颗粒的分布更均匀，通过干压成型后的坯体内部结构结合更加紧密，密度更高，提高了陶瓷材料的硬度；2、通过在传统的陶瓷原料中加入含有海绵钛粉和海绵钼粉的稀土氧化物，使得制得的陶瓷除了具有传统陶瓷的高硬度和高密度外，还获得了很高的耐摔性能，即使从1米高处自由落下也不会摔碎，由此陶瓷材料制成的刀具在使用过程中不会出现崩口的情况，可以长时间使用，极大地降低了企业的生产成本；3、通过在高温炉内对坯体进行三个阶段的连续电热烧结，使得坯体内的颗粒在烧结过程中可以最大限度的聚集、收缩，各颗粒之间排列更加合理有序、更加紧密，最后得出的陶瓷具有硬度高、耐腐蚀性强、化学稳定性好、耐磨性高等特点，在使用过程中不磨损、不腐蚀，使用寿命长；4、由此陶瓷材料制成的陶瓷刀具有密度高、高耐磨、高抗摔、无毛细孔、不会藏污纳垢、不崩刃、长期切割无静电等优点，具有金属刀具无法比拟的特点，而且相比传统的金属刀具，陶瓷刀具制作成本更低，有利于降低企业的生产成本，提高企业的经济效益。
为更清楚地阐述本发明的结构特征、技术手段及其所达到的具体目的和功能，下面结合附图与具体实施例来对本发明作进一步详细说明：
附图说明
图1是本发明之实施例的干压模具结构图；
图2是本发明制作的环形切刀的正视结构图；
图3是本发明制作的环形切刀的侧视结构图；
图4是图3中A处的放大示意图。
附图标识说明：
10、切刀主体 11、刀刃连接部 12、刀片刃口
20、模具下腔体 21、注磁套 22、强磁铁
30、压料空间 40、模具上封头
具体实施方式
一种高硬度、高韧性陶瓷的制作工艺，包括以下步骤：
1)将氧化锆、氧化铪、氧化铝，以及含有海绵钛粉和海绵钼粉的稀土氧化物混合造粒；其中，所述氧化锆选用高纯超细氧化锆，所述海绵钛粉的纯度大于99.5％，目数为3.5μm，所述海绵钼粉的纯度大于99.95％，目数为3.5μm。混合时，各组分的质量百分比含量分别为：氧化锆为93～96％，氧化铪为0.8～1.9％，氧化铝为0.5～1.0％，稀土氧化物为2.4～4.3％；其中，稀土氧化物中的海绵钛粉为0.6～1％，海绵钼粉为0.5～0.9％，以上各组分的质量百分比之和为100％。
2)将混合造粒后的原料在模具中进行磁共振，使原料通过磁力线的引导作用分布均匀，然后通过公称压力为150～240T的成型机干压成型，得到坯体；如图1所示，所述模具包括模具下腔体20和套设于模具下腔体20内的模具上封头40，所述模具下腔体20的下端设有具有磁性的注磁套21，所述模具下腔体20的侧壁及底壁设有多个按一定规律设置的强磁铁22，所述模具上封头40与模具下腔体20之间形成陶瓷原料的压料空间30，工作时，模具振动，使位于压料空间30内的陶瓷原料在磁力线作用下分布均匀，使得通过干压成型后的坯体内部结构结合更加紧密，密度更高，提高了陶瓷材料的硬度。
3)将压制成型的坯体在高温炉内进行连续电热烧结，随炉降温后得到半成品陶瓷；其中，所述连续电热烧结过程包括第一阶段的升温预烧结、第二阶段的高温烧结和第三阶段的降温烧结，所述升温预烧结升温速率控制在0.3～0.5℃/min，当温度提高到900～980℃时，保温1.8～2.4小时；所述高温烧结在升温预烧结的前提下进行，升温速率控制在1.5～2.5℃/min，当温度提高到1570～1500℃时，保温3.8～5.6小时；所述降温烧结在高温烧结前提下进行，降温速率控制在1.5～2.5℃/min，当温度降到860～940℃时，保温1～2小时。
4)对半成品陶瓷进行打磨、抛光，得到所需形状的陶瓷成品。
如图2-4所示，一种由前述的制作工艺制得的环形切刀，以质量百分比计包括以下组分：氧化锆93～96％、氧化铪0.8～1.9％、氧化铝0.5～1.0％，以及含有海绵钛粉和海绵钼粉的稀土氧化物2.4～4.3％；其中，稀土氧化物中的海绵钛粉为0.6～1％，海绵钼粉为0.5～0.9％；各组分的质量百分比之和为100％。所述环形切刀包括呈圆环形的切刀主体10，所述切刀主体10的外圆边缘设有刀片刃口12，所述刀片刃口12为单侧刃口，所述刀片刃口12与切刀主体10的一个侧面锐角相交，所述刀片刃口12与该侧面之间的角度为45°±0.1°，最好为45°。所述切刀主体10的外圆边缘设有与刀片刃口12连接的刀刃连接部11，所述刀刃连接部11与切刀主体10的另一个侧面钝角相交，所述刀刃连接部11与该侧面之间的角度为150°±0.1°，最好为150°。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，故凡是依据本发明的技术实际对以上实施例所作的任何修改、等同替换、改进等，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种高硬度、高韧性陶瓷的制作工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1)将氧化锆、氧化铪、氧化铝，以及含有海绵钛粉和海绵钼粉的稀土氧化物混合造粒；各组分的质量百分比含量分别为：氧化锆为93～96％，氧化铪为0.8～1.9％，氧化铝为0.5～1.0％，稀土氧化物为2.4～4.3％；其中，稀土氧化物中的海绵钛粉为0.6～1％，海绵钼粉为0.5～0.9％；各组分的质量百分比之和为100％；
2)将混合造粒后的原料在模具中进行磁共振，然后通过成型机干压成型，得到坯体；所述模具包括模具下腔体和套设于模具下腔体内的模具上封头，所述模具下腔体的下端设有具有磁性的注磁套，所述模具下腔体的侧壁及底壁设有多个按一定规律设置的强磁铁，所述模具上封头与模具下腔体之间形成陶瓷原料的压料空间；
3)将压制成型的坯体在高温炉内进行连续电热烧结，随炉降温后得到半成品陶瓷；其中，所述连续电热烧结过程包括第一阶段的升温预烧结、第二阶段的高温烧结和第三阶段的降温烧结，所述升温预烧结为在一定的升温速率下将温度提高到900～980℃，然后保温1.8～2.4小时；所述高温烧结在升温预烧结的前提下进行，在一定的升温速率下将温度提高到1570～1650℃，然后保温3.8～5.6小时；所述降温烧结在高温烧结前提下进行，在一定降温速率下将温度降到860～940℃，然后保温1～2小时；
4)对半成品陶瓷进行打磨、抛光，得到所需形状的陶瓷成品。
2.根据权利要求1所述的高硬度、高韧性陶瓷的制作工艺，其特征在于：步骤3)中，所述升温预烧结的升温速率控制在0.3～0.5℃/min，所述高温烧结的升温速率控制在1.5～2.5℃/min，所述降温烧结的降温速率控制在1.5～2.5℃/min。
3.根据权利要求1所述的高硬度、高韧性陶瓷的制作工艺，其特征在于：所述海绵钛粉的纯度大于99.5％，目数为3.5μm，所述海绵钼粉的纯度大于99.95％，目数为3.5μm。
4.根据权利要求1所述的高硬度、高韧性陶瓷的制作工艺，其特征在于：所述成型机的公称压力为150～240T。
5.一种由前述权利要求1-4任一项所述的制作工艺制得的环形切刀，其特征在于：以质量百分比计包括以下组分：氧化锆93～96％、氧化铪0.8～1.9％、氧化铝0.5～1.0％，以及含有海绵钛粉和海绵钼粉的稀土氧化物2.4～4.3％；其中，稀土氧化物中的海绵钛粉为0.6～1％，海绵钼粉为0.5～0.9％；各组分的质量百分比之和为100％。
6.根据权利要求5所述的环形切刀，其特征在于：所述环形切刀包括呈圆环形的切刀主体，所述切刀主体的外圆边缘设有刀片刃口，所述刀片刃口为单侧刃口，所述刀片刃口与切刀主体的一个侧面锐角相交，所述刀片刃口与该侧面之间的角度为45°±0.1°。
7.根据权利要求6所述的环形切刀，其特征在于：所述刀片刃口与切刀主体的一个侧面锐角相交，所述刀片刃口与该侧面之间的角度为45°。
8.根据权利要求6或7所述的环形切刀，其特征在于：所述切刀主体的外圆边缘设有与刀片刃口连接的刀刃连接部，所述刀刃连接部与切刀主体的另一个侧面钝角相交，所述刀刃连接部与该侧面之间的角度为150°±0.1°。
9.根据权利要求8所述的环形切刀，其特征在于：所述刀刃连接部与切刀主体的另一个侧面钝角相交，所述刀刃连接部与该侧面之间的角度为150°。
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