[发明专利]一种裂纹自愈合陶瓷刀具材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种裂纹自愈合陶瓷刀具材料及其制备方法，包括体积份数的基体材料50‑74份、碳化钛12‑40份、硼化钛3‑18份、氧化镁0.2‑1份。基体材料为α相氧化铝(α‑Al₂O₃)或ZrO₂。TiB₂粉体与聚乙二醇、无水乙醇混合得到TiB₂悬浮液；基体材料和TiC粉体分别加入无水乙醇，分别得到基体材料悬浮液和TiC悬浮液；TiB₂悬浮液与基体材料悬浮液和TiC悬浮液混合得到复相悬浮液，并加入MgO粉体得到最终悬浮液；最终悬浮液在保护气氛下进行球磨，真空烘干，真空热压烧结得到裂纹自愈合陶瓷刀具材料。所制备的陶瓷刀具具有出现裂纹后能够自动愈合，愈合时间短，高温愈合速率快的特点。

技术领域

本发明属于陶瓷刀具材料技术领域，具体涉及一种裂纹自愈合陶瓷刀具材料及其制备方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

陶瓷材料在高温下具有比金属材料更优异的性能。然而陶瓷却有着致命的缺点，脆性大且对裂纹缺陷敏感，结构可靠性差。因此陶瓷材料的大规模开发和广泛应用受到局限。陶瓷材料常见的裂纹源包括材料表面极微小的划痕、内部瑕疵如夹杂物、气孔或裂纹等，而裂纹源扩展是材料加工使用过程中应力在这些缺陷处堆积、演变的结果，最终能量无法内部消耗，只能在裂纹前段通过产生新表面来释放这些能量。新表面的产生再加上裂纹的持续扩展，材料不可避免地发生脆性断裂。脆性是陶瓷的特征，也是陶瓷的致命弱点，如何扬长避短，提高其强度同时克服其脆性是目前为大家共同关注的难题。

为改善陶瓷材料脆性提高材料强度，目前主要从两个方面入手，一种是提高材料韧性降低陶瓷脆性。如晶须补强增韧陶瓷，自增韧陶瓷材料等。另外一种是研发具有自愈合性能的陶瓷材料。

现阶段研究较多的自愈合材料主要有SiC、MoSi₂、和MAX相Ti₂SnC、Ti₃AlC等材料。这些材料通过适当的热处理都能在一定程度上愈合裂纹，恢复材料强度。中国专利文件CN105272248A公开了一种添加SiC和MoSi₂的裂纹自愈合陶瓷材料的制备方法。CN108395223A公开了一种MAX相裂纹自愈合陶瓷材料及其制备方法。上述专利申请中制备的自愈合陶瓷材料经过一定温度和时间的热处理后裂纹基本愈合。然而上述专利也存在一定的不足，如SiC材料的热处理温度需要在1000-1300℃，热处理温度越低所需时间越长。当温度低于1000℃时裂纹愈合需要几十小时来愈合。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的一个目的是提供一种裂纹自愈合陶瓷刀具材料及其制备方法。制备的自愈合陶瓷材料在较低温度和较短时间内就可完成裂纹愈合，较大程度恢复材料强度。大大提高了陶瓷材料的使用寿命和安全性。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

第一方面，一种裂纹自愈合陶瓷刀具材料，包括体积份数的基体材料50-74份、碳化钛(TiC)12-40份、硼化钛(TiB₂)3-18份、氧化镁(MgO)0.2-1份，基体材料为α相氧化铝(α-Al₂O₃)或ZrO₂。

本发明的裂纹自愈合陶瓷刀具材料中基体材料为α相氧化铝时，碳化钛作为增强相，以硼化钛作为愈合颗粒，以氧化镁作为烧结助剂。

陶瓷刀具产生裂纹后，裂纹内壁边缘的硼化钛发生氧化反应，生成二氧化钛和氧化硼，填充裂纹，恢复材料强度。

碳化钛材料也具有与氧气反应生成氧化钛，氧化钛填充愈合裂纹，恢复材料强度的作用。但碳化钛相比于硼化钛，氧化速度较慢，硼化钛的反应优先进行。