[发明专利]一种氧化铝增强高熵硼化物陶瓷及其制备方法和应用

说明书

本发明属于陶瓷切削刀具领域，公开了一种氧化铝增强高熵硼化物陶瓷及其制备方法和应用。所述氧化铝增强高熵硼化物陶瓷是将高熵硼化物陶瓷粉(A_0.2B_0.2C_0.2D_0.2E_0.2)B₂和增强相Al₂O₃球磨混合，干燥后得到混合粉体，其中ABCDE为Ti，Zr，Hf，V，Nb，Ta，Cr，Mo或W中互异的元素，再将混合粉体在真空中升温至900～1200℃，再在氩气的保护下，轴向加压为30～50MPa下，升温至1700～1900℃，经放电等离子烧结制得。本发明的氧化铝增强高熵硼化物陶瓷的硬度高，化学稳定性好，具有较好的耐磨性和切削性能，可应用于难加工材料的切削刀具领域中。

技术领域

本发明属于陶瓷切削刀具技术领域，更具体地，涉及一种氧化铝增强高熵硼化物陶瓷及其制备方法和应用。

背景技术

高熵陶瓷是一种无机非金属材料的高熵固溶体，一般由4种以上的等比例金属元素和若干种非金属元素结合而成的单相陶瓷材料。硼化物陶瓷是一种高熔点、高硬度的陶瓷材料，具有优异的耐高温耐磨性能。其中高熵硼化物是以多种等原子比例过渡族金属元素与B原子结合而成的高熵固溶体，为单相多元硼化物晶体。

其中，5元高熵硼化物的化学式形式为(A_0.2B_0.2C_0.2D_0.2E_0.2)B₂，ABCDE为ⅣB、ⅤB、ⅥB族金属元素，晶体中各种金属元素含量相等，晶体结构为密排六方结构。高熵硼化物的熔点高(达3000℃以上)，高温强度优异，抗高温蠕变性好，可用于高温结构材料领域。同时，与一元硼化物相比，高熵硼化物的硬度更高，稳定性更好，但其韧性较差，故纯高熵硼化物陶瓷的应用受到限制。

目前，硼化物基陶瓷主要以TiB₂基为主，适合于高速切削硬化不锈钢，淬硬钢，硬化钛合金等难加工材料。而高熵硼化物陶瓷的研究主要集中于陶瓷粉体的合成以及纯高熵硼化物陶瓷的烧结制备上。目前纯高熵硼化物陶瓷的硬度比一元硼化物高20％左右，韧性低于一元硼化物陶瓷，而通过加入添加剂、第二相以及控制烧结工艺可以使得高熵硼化物陶瓷的高硬度得到保留，同时大大提高韧性，从而获得高硬高韧耐高温的高熵硼化物基陶瓷刀具材料。与其他增强相相比，以氧化铝为增强相可以有效提高硼化物陶瓷的抗氧化性，同时获得良好的力学性能，由于氧化铝增强高熵硼化物陶瓷更优异的力学性能，用于高速加工切削刀具可获得比一元硼化物刀具更佳的加工性能。目前以该技术制备氧化铝增强高熵硼化物陶瓷材料及其在刀具领域的应用未见报导。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，本发明目的在于提供一种氧化铝增强高熵硼化物陶瓷。

本发明的另一目的在于提供上述氧化铝增强高熵硼化物陶瓷的制备方法。该方法通过以高熵硼化物陶瓷粉和增强相Al₂O₃为原料，通过放电等离子烧结 (SPS)实现氧化铝增强高熵硼化物陶瓷的制备。

本发明的再一目的在于提供一种上述氧化铝增强高熵硼化物陶瓷的应用。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种氧化铝增强高熵硼化物陶瓷，所述氧化铝增强高熵硼化物陶瓷是将高熵硼化物陶瓷粉(A_0.2B_0.2C_0.2D_0.2E_0.2)B₂和增强相Al₂O₃球磨混合，干燥后得到混合粉体，其中ABCDE为Ti，Zr，Hf，V，Nb，Ta，Cr，Mo或W中互异的元素，再将混合粉体在真空中升温至900～1200℃，再在氩气的保护下，轴向加压为30～50 MPa下，升温至1700～1900℃，经放电等离子烧结制得。