CN104402420A - 一种高韧性切削刀具用陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种高韧性切削刀具用陶瓷材料，由下列重量份的原料制成：丙三醇2-3、二乙二醇5-6、氮化硅20-25、Y₂O₃3-5、锂辉石18-22、锂霞石7-9、碳酸锂3-5、三氧化二铑0.5-0.7、ZrO₂34-37、磷酸锌1-2、莫来石50-58、去离子水适量、乙醇适量、聚乙二醇1.7-2、耐磨助剂3-4；本发明的陶瓷添加了三氧化二铑，增加了陶瓷的韧性，易于造型，不易破碎；通过添加磷酸锌、莫来石，增加了陶瓷的耐磨性，适用于制作切削工具，成本低；通过使用本发明的耐磨助剂，能够增加陶瓷的表面光滑性、耐磨性和耐热性。

Description

一种高韧性切削刀具用陶瓷材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及陶瓷刀具材料领域，尤其涉及一种高韧性切削刀具用陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

    随着高新技术的发展，机械加工业对刀具材料提出了更为严格而苛刻的要求，现在需要加工硬度更高的材料、需要更高的切削效率、加工精度也要求高了，这就要求提高刀具的性能，传统的高速钢等切削材料硬度不够，而且浪费稀缺的钼、镍等资源，因此陶瓷刀具应运而生。陶瓷切削工具具备了高硬度、高密度、耐高温，抗磁化、抗氧化、耐腐蚀性强、化学稳定性好、高耐磨性等特点，但是还是存在易碎、散热性差、抗热震性差、抗磨性能有限等缺点，需要改进，同时需要不断降低生产成本，实现企业最大利益，促进科技进步。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高韧性切削刀具用陶瓷材料及其制备方法，该陶瓷的韧性好，易于造型，不易破碎，耐磨性好。

本发明的技术方案如下：

一种高韧性切削刀具用陶瓷材料，其特征在于由下列重量份的原料制成：丙三醇2-3、二乙二醇5-6、氮化硅20-25、Y2O3 3-5、锂辉石18-22、锂霞石7-9、碳酸锂3-5、三氧化二铑0.5-0.7、ZrO2 34-37、磷酸锌1-2、莫来石50-58、去离子水适量、乙醇适量、聚乙二醇1.7-2、耐磨助剂3-4；

所述耐磨助剂由下列重量份的原料制成：氮化硅1-1.4、氮化铝1-1.4、氮化钛1-1.3、氮化碳0.4-0.7、氧化锆1-2、金刚石粉1-2、氧化铪0.3-0.4、硅烷偶联剂kh-550 1-2、氮化银0.7-0.9、碳化硅1-2、聚丙烯酸酯0.4-0.6、乙醇6-9、水7-11；制备方法为：将乙醇、聚丙烯酸酯、硅烷偶联剂kh-550加入水中，搅拌均匀，再加入氧化锆、碳化硅，加热至70-80℃，搅拌反应20-30分钟，再加入其他剩余成分，搅拌10-20分钟，超声分散6-8分钟，过滤，烘干，粉碎，过40目筛，在氮气氛围下，1380-1440℃下煅烧30-40分钟，粉碎，过40目筛，即得。

所述高韧性切削刀具用陶瓷材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）将锂辉石、锂霞石、ZrO2、莫来石混合，球磨，过325目筛，得到颗粒；

（2）将氮化硅、Y2O3、碳酸锂、三氧化二铑混合，球磨，过300目筛，得到颗粒；

（3）将丙三醇、二乙二醇与前两步得到的颗粒混合，加入20-25%重量份的去离子水、7-10%重量份的乙醇，混合成泥状，送入球磨机中球磨2-3个小时，干燥，送入煅烧炉中，在800-900℃下煅烧1-2小时，取出粉碎，过300目筛，得到颗粒；

（4）将第（3）步得到的颗粒与其他剩余成分混合，加入3-4倍重量份的去离子水、聚乙二醇，球磨2-3小时，在110-120℃下烘干，过40目筛，在1580-1640℃下热压，热压压力为20-30MPa，热压时间为50-60分钟，即得。

本发明的有益效果

本发明的陶瓷添加了三氧化二铑，增加了陶瓷的韧性，易于造型，不易破碎；通过添加磷酸锌、莫来石，增加了陶瓷的耐磨性，适用于制作切削工具，成本低；通过使用本发明的耐磨助剂，能够增加陶瓷的表面光滑性、耐磨性和耐热性。

具体实施方式

一种高韧性切削刀具用陶瓷材料，由下列重量份(公斤)的原料制成：丙三醇2.5、二乙二醇5.5、氮化硅23、Y2O3 4、锂辉石20、锂霞石8、碳酸锂4、三氧化二铑0.6、ZrO2 35、磷酸锌1.5、莫来石55、去离子水适量、乙醇适量、聚乙二醇1.8、耐磨助剂3.5；

所述耐磨助剂由下列重量份（公斤）的原料制成：氮化硅1.2、氮化铝1.2、氮化钛1.2、氮化碳0.6、氧化锆1.5、金刚石粉1.5、氧化铪0.3、硅烷偶联剂kh-550 1.5、氮化银0.8、碳化硅1.5、聚丙烯酸酯0.5、乙醇7、水9；制备方法为：将乙醇、聚丙烯酸酯、硅烷偶联剂kh-550加入水中，搅拌均匀，再加入氧化锆、碳化硅，加热至75℃，搅拌反应25分钟，再加入其他剩余成分，搅拌15钟，超声分散7分钟，过滤，烘干，粉碎，过40目筛，在氮气氛围下，1420℃下煅烧35分钟，粉碎，过40目筛，即得。

所述高韧性切削刀具用陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将锂辉石、锂霞石、ZrO2、莫来石混合，球磨，过325目筛，得到颗粒；

（2）将氮化硅、Y2O3、碳酸锂、三氧化二铑混合，球磨，过300目筛，得到颗粒；

（3）将丙三醇、二乙二醇与前两步得到的颗粒混合，加入23%重量份的去离子水、8%重量份的乙醇，混合成泥状，送入球磨机中球磨2.5个小时，干燥，送入煅烧炉中，在850℃下煅烧1.5小时，取出粉碎，过300目筛，得到颗粒；

（4）将第（3）步得到的颗粒与其他剩余成分混合，加入3倍重量份的去离子水、聚乙二醇，球磨2.6小时，在114℃下烘干，过40目筛，在1620℃下热压，热压压力为25MPa，热压时间为55分钟，即得。

实验数据：

该实施例陶瓷的维氏硬度为99GPa，抗弯强度为1124MPa，断裂韧性为12MPa·m^1/2。

Claims (2)

1.一种高韧性切削刀具用陶瓷材料，其特征在于由下列重量份的原料制成：丙三醇2-3、二乙二醇5-6、氮化硅20-25、Y2O3 3-5、锂辉石18-22、锂霞石7-9、碳酸锂3-5、三氧化二铑0.5-0.7、ZrO2 34-37、磷酸锌1-2、莫来石50-58、去离子水适量、乙醇适量、聚乙二醇1.7-2、耐磨助剂3-4；

所述耐磨助剂由下列重量份的原料制成：氮化硅1-1.4、氮化铝1-1.4、氮化钛1-1.3、氮化碳0.4-0.7、氧化锆1-2、金刚石粉1-2、氧化铪0.3-0.4、硅烷偶联剂kh-550 1-2、氮化银0.7-0.9、碳化硅1-2、聚丙烯酸酯0.4-0.6、乙醇6-9、水7-11；制备方法为：将乙醇、聚丙烯酸酯、硅烷偶联剂kh-550加入水中，搅拌均匀，再加入氧化锆、碳化硅，加热至70-80℃，搅拌反应20-30分钟，再加入其他剩余成分，搅拌10-20分钟，超声分散6-8分钟，过滤，烘干，粉碎，过40目筛，在氮气氛围下，1380-1440℃下煅烧30-40分钟，粉碎，过40目筛，即得。

2.根据权利要求1所述高韧性切削刀具用陶瓷材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）将锂辉石、锂霞石、ZrO2、莫来石混合，球磨，过325目筛，得到颗粒；

（2）将氮化硅、Y2O3、碳酸锂、三氧化二铑混合，球磨，过300目筛，得到颗粒；

（3）将丙三醇、二乙二醇与前两步得到的颗粒混合，加入20-25%重量份的去离子水、7-10%重量份的乙醇，混合成泥状，送入球磨机中球磨2-3个小时，干燥，送入煅烧炉中，在800-900℃下煅烧1-2小时，取出粉碎，过300目筛，得到颗粒；

（4）将第（3）步得到的颗粒与其他剩余成分混合，加入3-4倍重量份的去离子水、聚乙二醇，球磨2-3小时，在110-120℃下烘干，过40目筛，在1580-1640℃下热压，热压压力为20-30MPa，热压时间为50-60分钟，即得。