[发明专利]一种氧化锆纤维增韧立方氮化硼聚晶复合材料及其制备方法

说明书

 

技术领域

本发明属于金属加工刀具材料技术领域，具体涉及一种氧化锆纤维增韧立方氮化硼聚晶复合材料及其制备方法。

背景技术

立方氮化硼具有仅次于金刚石的硬度和导热率，而且具有比金刚石高的耐热性和与黑色金属的化学惰性，采用立方氮化硼聚晶制造的刀具在加工难加工材料时具有独特优势，可满足高硬度、高耐磨、高耐崩损性、耐高温的要求。

随着材料科学的进步，对刀具材料的硬度、耐磨性、韧性和强度的要求提出了更高的要求，理想的刀具材料应既具有极高的硬度、耐磨性，有利于提高切削效率，有利于延长刀具耐用度，同时又要具有好的抗冲击韧性，使得其能够承受大的切削力。如果韧性差，使用过程中容易出现“崩刀”现象，不仅破坏被加工工件，甚至会对设备有所损害或出现对操作者的伤害事故，必须停止加工过程，更换新的刀片，导致生产成本明显增加。

中国专利CN201010542237.4公开了一种表面镀镍Si₃N₄晶须增韧聚晶立方氮化硼复合片的制备方法，采用Si₃N₄晶须及表面镀覆纳米镍的Si₃N₄晶须的引入来增加聚晶立方氮化硼复合片的韧性，提高了刀具的耐冲击性能，从而实现其长时间的连续车削，提高刀具的使用寿命和企业的生产效率。中国专利201010615047.0还公开了一种聚晶立方氮化硼复合片用的粉末状粘结剂，包含有TiN、AlN、Si₃N₄、Co和SiO₂，能增强复合片的抗冲击性能。中国专利201110325539.0通过利用基体材料钨钴类硬质合金的高韧性，在聚晶立方氮化硼的聚晶层化学梯度性改变高韧性钨钴类硬质合金基体的微粉含量，并采用无机非金属晶须增强增韧来提高烧结聚晶立方氮化硼复合片的整体韧性。但上述方法都存在成本较高的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种氧化锆纤维增韧立方氮化硼聚晶复合材料及其制备方法，可以提高聚晶立方氮化硼复合材料的整体韧性。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种氧化锆纤维增韧立方氮化硼聚晶复合材料，所述材料通过下法制得：将纳米氧化锆粉体与聚丙烯腈树脂共混，然后经过溶液纺丝制备得到有机无机杂化纤维，然后经热稳定化、炭化，得到无机氧化锆纤维；将得到的氧化锆纤维作为增韧剂与立方氮化硼微粉、粘结剂混合，压制成试块；把试块与传压介质装配成合成块，烧结得到立方氮化硼聚晶复合材料。

其中，所述纳米氧化锆粉体既可以选用市售品，也可以通过下法制得：以氯氧化锆为原料，连续加入氨水或草酸，连续搅拌加热逐渐形成透明的溶胶，洗涤至无氯离子，干燥研磨，之后焙烧，得到纳米氧化锆粉体。

其中，可分别用水和乙醇洗涤，用硝酸银试剂检验是否还残留有氯离子。

优选的，氯氧化锆与氨水或草酸的摩尔比为1：0.5～2.0，搅拌加热的温度为60～99℃，焙烧温度为700～1500℃，焙烧保温时间为0.5～2.0小时，纳米氧化锆粉体粒径为10～190nm。

有机无机杂化纤维热稳定化时在干燥的空气气氛中进行，按照升温速率为10℃/h升温至210～320℃保温0.5-2小时。

经热稳定化后的纤维按照20～40℃/h的升温速率升温至1200～1800℃下焙烧1～4小时得到无机氧化锆纤维。

所述的立方氮化硼微粉的粒径分布如下：1-4μm质量百分比为42%～45%，7-10μm为35%～50%，12-15μm为5%～20%。

更优选的，所述的立方氮化硼微粉的粒径分布如下：1-4μm质量百分比为42%，7-10μm为45%，12-15μm为13%。

氧化锆纤维、立方氮化硼微粉、粘结剂混合时，各自的质量份数为立方氮化硼微粉25-90份，氧化锆纤维0.5-15份，粘结剂2-35份；优选立方氮化硼微粉70-82份，氧化锆纤维1-3份，粘结剂15-17份。

粘结剂为金属钴粉、金属镍粉、氮化钛、氮化铝、碳化钛、碳化钨中的一种或一种以上的混合物。

优选的，粘结剂选择金属钴粉和氮化钛的混合物，两者的比例优选6-10:7-11。

所述粘结剂优选纯度都大于99%，粒径不大于10μm。

压制成型的试块优选放进有盐管屏蔽层隔离的钼杯中，再将装好的盐管放进石墨模具，最后装入叶腊石腔体，封头，装配成合成块。