CN106380200A - 一种高韧性复合材料及在陶瓷刀具中的应用 - Google Patents

一种高韧性复合材料及在陶瓷刀具中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高韧性复合材料及在陶瓷刀具中的应用，通过如下重量份的原料制备而成：纳米碳化钛，35‑45份；纳米氮化钛，30‑40份；纳米碳化硅，25‑35份；方解石粉，5‑15份；改性海泡石粉，5‑15份；去离子水，8‑12份；聚乙二醇，6‑10份；硅烷偶联剂KH560，3‑5份；丙烯酸，2‑4份；所述改性海泡石粉的制备方法为：将海泡石粉放入硼酸水溶液中，所述海泡石粉与硼酸水溶液的体积比为1:1.4‑1.6，所述硼酸水溶液的pH为3.3‑3.9，浸泡6‑8小时，随后倒去硼酸水溶液，用水将海泡石粉洗成pH为6.6‑7.0，50‑60℃烘干即得改性海泡石粉。本发明提供的复合材料硬度、强度和韧度高，且制备方法简易，易于实施推广。

Description

一种高韧性复合材料及在陶瓷刀具中的应用
技术领域
本发明属于材料领域，具体涉及一种高韧性复合材料及在陶瓷刀具中的应用。
背景技术
复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观(微观)上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。
通过调整复合材料中材料的种类和含量可以制备出硬度、强度和韧度高的适合用于制备刀具的复合材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高韧性复合材料及在陶瓷刀具中的应用。
本发明的上述目的是通过下面的技术方案得以实现的：
一种高韧性复合材料，通过如下重量份的原料制备而成：纳米碳化钛，35-45份；纳米氮化钛，30-40份；纳米碳化硅，25-35份；方解石粉，5-15份；改性海泡石粉，5-15份；去离子水，8-12份；聚乙二醇，6-10份；硅烷偶联剂KH560，3-5份；丙烯酸，2-4份；所述改性海泡石粉的制备方法为：将海泡石粉放入硼酸水溶液中，所述海泡石粉与硼酸水溶液的体积比为1:1.4-1.6，所述硼酸水溶液的pH为3.3-3.9，浸泡6-8小时，随后倒去硼酸水溶液，用水将海泡石粉洗成pH为6.6-7.0，50-60℃烘干即得改性海泡石粉。
优选地，所述改性海泡石粉的制备方法为：将海泡石粉放入硼酸水溶液中，所述海泡石粉与硼酸水溶液的体积比为1:1.5，所述硼酸水溶液的pH为3.6，浸泡7小时，随后倒去硼酸水溶液，用水将海泡石粉洗成pH为6.8，55℃烘干即得改性海泡石粉。
优选地，所述的高韧性复合材料通过如下重量份的原料制成：纳米碳化钛，40份；纳米氮化钛，35份；纳米碳化硅，30份；方解石粉，10份；改性海泡石粉，10份；去离子水，10份；聚乙二醇，8份；硅烷偶联剂KH560，4份；丙烯酸，3份。
优选地，所述的高韧性复合材料通过如下重量份的原料制成：纳米碳化钛，35份；纳米氮化钛，30份；纳米碳化硅，25份；方解石粉，5份；改性海泡石粉，5份；去离子水，8份；聚乙二醇，6份；硅烷偶联剂KH560，3份；丙烯酸，2份。
优选地，所述的高韧性复合材料通过如下重量份的原料制成：纳米碳化钛，45份；纳米氮化钛，40份；纳米碳化硅，35份；方解石粉，15份；改性海泡石粉，15份；去离子水，12份；聚乙二醇，10份；硅烷偶联剂KH560，5份；丙烯酸，4份。
上述高韧性复合材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1，将纳米碳化钛、纳米氮化钛、纳米碳化硅、方解石粉和改性海泡石粉混合球磨后过200-300目筛，850-950℃煅烧0.5-1.5小时，得混合颗粒；
步骤S2，向步骤S1所得混合颗粒中加入剩余物料后球磨至混合均匀，120-140℃烘干；
步骤S3，1650-1750℃下热压，热压压力为25-35MPa，热压时间为50-60分钟。
上述高韧性复合材料在制备陶瓷刀具中的应用。
本发明的优点：
本发明提供的复合材料硬度、强度和韧度高，且制备方法简易，易于实施推广。
具体实施方式
下面结合实施例进一步说明本发明的实质性内容，但并不以此限定本发明保护范围。尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
实施例1：复合材料的制备
原料重量份比：纳米碳化钛，40份；纳米氮化钛，35份；纳米碳化硅，30份；方解石粉，10份；改性海泡石粉，10份；去离子水，10份；聚乙二醇，8份；硅烷偶联剂KH560，4份；丙烯酸，3份。
所述改性海泡石粉的制备方法为：将海泡石粉放入硼酸水溶液中，所述海泡石粉与硼酸水溶液的体积比为1:1.5，所述硼酸水溶液的pH为3.6，浸泡7小时，随后倒去硼酸水溶液，用水将海泡石粉洗成pH为6.8，55℃烘干即得改性海泡石粉。
复合材料的制备方法：
步骤S1，将纳米碳化钛、纳米氮化钛、纳米碳化硅、方解石粉和改性海泡石粉混合球磨后过250目筛，900℃煅烧1小时，得混合颗粒；
步骤S2，向步骤S1所得混合颗粒中加入剩余物料后球磨至混合均匀，130℃烘干；
步骤S3，1700℃下热压，热压压力为30MPa，热压时间为55分钟。
实施例2：复合材料的制备
原料重量份比：纳米碳化钛，35份；纳米氮化钛，30份；纳米碳化硅，25份；方解石粉，5份；改性海泡石粉，5份；去离子水，8份；聚乙二醇，6份；硅烷偶联剂KH560，3份；丙烯酸，2份。
所述改性海泡石粉的制备方法为：将海泡石粉放入硼酸水溶液中，所述海泡石粉与硼酸水溶液的体积比为1:1.5，所述硼酸水溶液的pH为3.6，浸泡7小时，随后倒去硼酸水溶液，用水将海泡石粉洗成pH为6.8，55℃烘干即得改性海泡石粉。
复合材料的制备方法：
步骤S1，将纳米碳化钛、纳米氮化钛、纳米碳化硅、方解石粉和改性海泡石粉混合球磨后过250目筛，900℃煅烧1小时，得混合颗粒；
步骤S2，向步骤S1所得混合颗粒中加入剩余物料后球磨至混合均匀，130℃烘干；
步骤S3，1700℃下热压，热压压力为30MPa，热压时间为55分钟。
实施例3：复合材料的制备
原料重量份比：纳米碳化钛，45份；纳米氮化钛，40份；纳米碳化硅，35份；方解石粉，15份；改性海泡石粉，15份；去离子水，12份；聚乙二醇，10份；硅烷偶联剂KH560，5份；丙烯酸，4份。
所述改性海泡石粉的制备方法为：将海泡石粉放入硼酸水溶液中，所述海泡石粉与硼酸水溶液的体积比为1:1.5，所述硼酸水溶液的pH为3.6，浸泡7小时，随后倒去硼酸水溶液，用水将海泡石粉洗成pH为6.8，55℃烘干即得改性海泡石粉。
复合材料的制备方法：
步骤S1，将纳米碳化钛、纳米氮化钛、纳米碳化硅、方解石粉和改性海泡石粉混合球磨后过250目筛，900℃煅烧1小时，得混合颗粒；
步骤S2，向步骤S1所得混合颗粒中加入剩余物料后球磨至混合均匀，130℃烘干；
步骤S3，1700℃下热压，热压压力为30MPa，热压时间为55分钟。
实施例4：复合材料的制备
原料重量份比：纳米碳化钛，40份；纳米氮化钛，35份；纳米碳化硅，30份；方解石粉，10份；改性海泡石粉，8份；去离子水，10份；聚乙二醇，8份；硅烷偶联剂KH560，4份；丙烯酸，3份。
所述改性海泡石粉的制备方法为：将海泡石粉放入硼酸水溶液中，所述海泡石粉与硼酸水溶液的体积比为1:1.5，所述硼酸水溶液的pH为3.6，浸泡7小时，随后倒去硼酸水溶液，用水将海泡石粉洗成pH为6.8，55℃烘干即得改性海泡石粉。
复合材料的制备方法：
步骤S1，将纳米碳化钛、纳米氮化钛、纳米碳化硅、方解石粉和改性海泡石粉混合球磨后过250目筛，900℃煅烧1小时，得混合颗粒；
步骤S2，向步骤S1所得混合颗粒中加入剩余物料后球磨至混合均匀，130℃烘干；
步骤S3，1700℃下热压，热压压力为30MPa，热压时间为55分钟。
实施例5：复合材料的制备
原料重量份比：纳米碳化钛，40份；纳米氮化钛，35份；纳米碳化硅，30份；方解石粉，10份；改性海泡石粉，12份；去离子水，10份；聚乙二醇，8份；硅烷偶联剂KH560，4份；丙烯酸，3份。
所述改性海泡石粉的制备方法为：将海泡石粉放入硼酸水溶液中，所述海泡石粉与硼酸水溶液的体积比为1:1.5，所述硼酸水溶液的pH为3.6，浸泡7小时，随后倒去硼酸水溶液，用水将海泡石粉洗成pH为6.8，55℃烘干即得改性海泡石粉。
复合材料的制备方法：
步骤S1，将纳米碳化钛、纳米氮化钛、纳米碳化硅、方解石粉和改性海泡石粉混合球磨后过250目筛，900℃煅烧1小时，得混合颗粒；
步骤S2，向步骤S1所得混合颗粒中加入剩余物料后球磨至混合均匀，130℃烘干；
步骤S3，1700℃下热压，热压压力为30MPa，热压时间为55分钟。
实施例6：对比实施例，海泡石粉不改性
原料重量份比：纳米碳化钛，40份；纳米氮化钛，35份；纳米碳化硅，30份；方解石粉，10份；海泡石粉，10份；去离子水，10份；聚乙二醇，8份；硅烷偶联剂KH560，4份；丙烯酸，3份。
复合材料的制备方法：
步骤S1，将纳米碳化钛、纳米氮化钛、纳米碳化硅、方解石粉和海泡石粉混合球磨后过250目筛，900℃煅烧1小时，得混合颗粒；
步骤S2，向步骤S1所得混合颗粒中加入剩余物料后球磨至混合均匀，130℃烘干；
步骤S3，1700℃下热压，热压压力为30MPa，热压时间为55分钟。
实施例7：效果实施例
分别测试实施例1-6制备的复合材料的硬度、强度和韧度，结果见下表：
维氏硬度(GPa) 抗弯强度(MPa) 断裂韧度(MPa·m1/2)
实施例1 116 1220 18
实施例6 98 1150 7
实施例2-5与实施例1基本一致，不再一一罗列。
结果表明，本发明提供的复合材料硬度、强度和韧度高，且制备方法简易，易于实施，可以用于制备高性能陶瓷刀具。
上述实施例的作用在于说明本发明的实质性内容，但并不以此限定本发明的保护范围。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和保护范围。

Claims (7)

1.一种高韧性复合材料，其特征在于，通过如下重量份的原料制备而成：纳米碳化钛，35-45份；纳米氮化钛，30-40份；纳米碳化硅，25-35份；方解石粉，5-15份；改性海泡石粉，5-15份；去离子水，8-12份；聚乙二醇，6-10份；硅烷偶联剂KH560，3-5份；丙烯酸，2-4份；所述改性海泡石粉的制备方法为：将海泡石粉放入硼酸水溶液中，所述海泡石粉与硼酸水溶液的体积比为1:1.4-1.6，所述硼酸水溶液的pH为3.3-3.9，浸泡6-8小时，随后倒去硼酸水溶液，用水将海泡石粉洗成pH为6.6-7.0，50-60℃烘干即得改性海泡石粉。
2.根据权利要求1所述的高韧性复合材料，其特征在于，所述改性海泡石粉的制备方法为：将海泡石粉放入硼酸水溶液中，所述海泡石粉与硼酸水溶液的体积比为1:1.5，所述硼酸水溶液的pH为3.6，浸泡7小时，随后倒去硼酸水溶液，用水将海泡石粉洗成pH为6.8，55℃烘干即得改性海泡石粉。
3.根据权利要求1所述的高韧性复合材料，其特征在于，通过如下重量份的原料制成：纳米碳化钛，40份；纳米氮化钛，35份；纳米碳化硅，30份；方解石粉，10份；改性海泡石粉，10份；去离子水，10份；聚乙二醇，8份；硅烷偶联剂KH560，4份；丙烯酸，3份。
4.根据权利要求1所述的高韧性复合材料，其特征在于，通过如下重量份的原料制成：纳米碳化钛，35份；纳米氮化钛，30份；纳米碳化硅，25份；方解石粉，5份；改性海泡石粉，5份；去离子水，8份；聚乙二醇，6份；硅烷偶联剂KH560，3份；丙烯酸，2份。
5.根据权利要求1所述的高韧性复合材料，其特征在于，通过如下重量份的原料制成：纳米碳化钛，45份；纳米氮化钛，40份；纳米碳化硅，35份；方解石粉，15份；改性海泡石粉，15份；去离子水，12份；聚乙二醇，10份；硅烷偶联剂KH560，5份；丙烯酸，4份。
6.权利要求1-5任一所述高韧性复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，将纳米碳化钛、纳米氮化钛、纳米碳化硅、方解石粉和改性海泡石粉混合球磨后过200-300目筛，850-950℃煅烧0.5-1.5小时，得混合颗粒；
步骤S2，向步骤S1所得混合颗粒中加入剩余物料后球磨至混合均匀，120-140℃烘干；
步骤S3，1650-1750℃下热压，热压压力为25-35MPa，热压时间为50-60分钟。
7.权利要求1-5任一所述高韧性复合材料在制备陶瓷刀具中的应用。
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