[发明专利]一种陶瓷复合刀具材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合刀具材料技术领域，具体涉及一种陶瓷复合刀具材料及制备方法。

背景技术

刀具的材料种类较多，目前主要刀具材料仍然是高速钢和硬质合金，刀具磨损是刀具的主要失效形式由磨损、崩刃、崩碎、打刀等，刀具材料的力学性能、工艺性能以及可最大限度降低刀具成本的经济性是刀具发展的方向，传统熔融高速钢刀具高温硬度也较好，但是其抗弯强度、韧性较低，传统的硬质合金刀具价格较高，其对主要成分钨资源需求量较大，发展存在一定的局限性，金属陶瓷的性能介于陶瓷和氧化锗系列硬质合金之间，硬度比硬质合金刀具高，抗氧化性能好，并且断裂韧性和抗弯强度比非金属陶瓷刀具高，它既保持了陶瓷的高强度、高硬度等特性，又具有较好的金属韧性和可塑性等，但陶瓷刀具的抗弯强度、热导率、韧性等很低，在温差大或有较大冲击载荷时，刀具容易失效。

Ti（C，N）基金属陶瓷是一种新型金属陶瓷材料，具有密度低、能切削难熔金属等优点，近几年得到了很大的发展，Ti（C,N）基金属陶瓷用做刀具材料适合于铸铁、普通钢、高硬度钢的高速切削和干式切削，使用性能优于硬质合金和涂层硬质合金刀具，但随着切割效率、切割精度、切割时间的要求不断提高，现有的产品已经不能满足硬度、耐磨性、红硬性，特别是陶瓷刀具对抗弯强度、热导率、韧性等多种性能的要求。

粉末真空烧结是在低于大气压力条件下进行的粉末烧结，真空烧结的主要优点是:减少了气氛中有害成分(水、氧、氮)对产品的不良影响，改善液相对固相的润湿性，有利于收缩和改善合金的组织，有助于硅、铝、镁、钙等杂质或其氧化物的排除，起到净化材料的作用，促进烧结后期的收缩有明显作用。

发明内容

本发明提供了一种陶瓷复合刀具材料及制备方法，其主要成分由以下材料组成：甲基丙烯酸乙酯：5-25份，邻苯二甲酸酐：30-70份，石英：5-27份，氧化锗：5-24份，氧化钯：1-2份，钛酸四丁酯：1-2份，氮化硅：1-7份，氮化硼：0.1-0.5份，碳：1-2份，镍：5-18份，钴：2-10份，铬：4-8份，氧化铜：1-3份，氧化铈：0-1份，玻璃纤维：0-1份，氧化钕：0-1份。

一种陶瓷复合刀具材料及制备方法的主要制备步骤为粉体制备、坯料制备、预成型、真空烧结、后处理等，具体步骤如下：

（1）根据组分要求，按照比例利用高精度（0.001g）分析天平称取上述组分，在烘箱中进行烘干处理；

（2）采用球磨机进行球磨搅拌，将上述组分加入球磨机，球磨时间20-30小时，使组分元素充分且均匀的混合，并进行分级和干燥处理，所述分级采用标准筛网进行筛分；

（3）在组分粉末中加入一定量的塑化剂，职称粒度较粗且具有一定假颗粒度级配，流动性好的团粒，所述团粒粒径为150-750微米；

（4）将团粒置入真空烧结系统，通入惰性气体进行初步模压成型，然后在300-600摄氏度条件下进行处理；

（5）最后将初步模压成型的产品进行烧结处理，烧结的温度为1350-1550摄氏度，烧结保温时间为1-5小时。

本发明的有益之处在于：

1、制品表面光洁度高、尺寸精密，可制取多种复合材料且组织均匀无沙眼、缩孔等，工艺能耗消耗小，较为经济；

2、在烧结初期通入适量气体(惰性气体)，保证真空烧结过程的加热速度和炉温的均匀性，冷却时采用循环气体冷却方法来提高真空烧结的冷却速度，避免组分元素与氢、氧、氮等气体发生反应；

3、合理配置组分元素，增加稀土氧化物元素，改善金属陶瓷基产品性能，提升化学稳定性抗弯强度、热导率和韧性。

具体实施方式

实施例

一种陶瓷复合刀具材料及制备方法，其主要成分由以下材料组成：甲基丙烯酸乙酯：9份，邻苯二甲酸酐：50份，石英：8份，氧化锗：8份，氧化钯：1份，钛酸四丁酯：1份，氮化硅：3.5份，氮化硼：0.5份，碳：1份，镍：8份，钴：3份，铬：4份，氧化铜：1份，氧化铈：0.5份，玻璃纤维：0.5份，氧化钕：1份。

一种陶瓷复合刀具材料及制备方法的主要制备步骤为粉体制备、坯料制备、预成型、真空烧结、后处理等，具体步骤如下：

（1）根据组分要求，按照比例利用高精度（0.001g）分析天平称取上述组分，在烘箱中进行烘干处理；

（2）采用球磨机进行球磨搅拌，将上述组分加入球磨机，球磨时间20小时，使组分元素充分且均匀的混合，并进行分级和干燥处理，所述分级采用标准筛网进行筛分；