[发明专利]一种二硼化钛基纳米复合刀具材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种二硼化钛基纳米复合刀具材料及制备方法，以二硼化钛为基料，采用纳米氧化物陶瓷及纳米碳化物陶瓷作为烧结助剂，协同发挥缺陷强化烧结与液相强化烧结作用；碳化硅晶须掺杂石墨烯作为协同强韧化相，石墨烯具有较大的比表面积，为碳化硅晶须及纳米复相陶瓷提供负载体，而碳化硅晶须分布在石墨烯表面，可起到石墨烯聚集阻隔剂的作用，从而显著增大碳化硅晶须‑石墨烯与材料基体的接触面积且相容性好，形成碳化硅晶须/石墨烯/纳米复相陶瓷/二硼化钛基体界面，引入基于多元多尺度强弱混杂界面调控的协同强韧化机理，得到高致密、高性能的二硼化钛基纳米复合刀具材料；制备得到的抗弯强度、维氏硬度和断裂韧性力学性能大大提高。

技术领域

本发明属于材料科学技术领域，具体涉及一种二硼化钛基纳米复合刀具材料及制备方法。

背景技术

随着科技的发展，铝合金、高温合金以及超高强度钢等难加工材料在航空航天、兵器等领域应用越来越广泛，但这些难加工材料存在切削力大、切削温度高、刀具磨损严重等问题，一直是切削加工的难题。TiB₂基陶瓷刀具材料具有较好的的耐磨性、耐腐蚀性、抗氧化性及导热性能，在高速切削超高强度钢等发热量大、硬度高的难加工材料方面具有优于传统陶瓷刀具的切削性能和刀具寿命，符合绿色加工理念。

TiB₂基陶瓷刀具材料的致密化与强韧化已成为制约TiB₂基陶瓷刀具发展的最主要原因。TiB₂是一种高熔点碳化物(2980℃)，在无金属粘结相存在的条件下，利用真空烧结、热压烧结等传统烧结方法很难获得致密的TiB₂基陶瓷，虽然热等静压烧结(HIP)、放电等离子烧结(SPS)等先进烧结技术可在一定程度上提高TiB₂基陶瓷致密度，但成本较高且效果不甚理想。强韧化方面则以传统的组分强韧化方法为主，通过颗粒弥散强韧化、相变强韧化、晶须或纤维强韧化以及协同强韧化等提高TiB₂基陶瓷刀具材料的力学性能(增韧为主)，其强韧化效果较为有限，严重限制了其广泛应用。

石墨烯作为复合材料的新生力，是目前公认的最薄、最强且最硬的材料，凭借其小尺寸化、高性能化和多性能化等优势，非常有可能成为新一代的纳米复合材料强韧化相，制备石墨烯强韧化纳米复合材料。由于石墨烯具有较大的比表面积，片层间的接触面积较大，引入大的范德华力，导致石墨烯极易在复合材料内部发生聚集，严重影响石墨烯的强韧化效果，无法有效提高TiB₂基陶瓷刀具材料的力学性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种二硼化钛基纳米复合刀具材料及制备方法，以克服现有技术的不足。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种二硼化钛基纳米复合刀具材料制备方法，包括以下步骤：

1)、按质量百分比计取以下原料：纳米碳化物陶瓷：2.5％～7.5％，纳米氧化物陶瓷：2.5％～7.5％，石墨烯：0.1～0.5，碳化硅晶须：0.5％～5％，其余为二硼化钛；

2)、将石墨烯和碳化硅晶须混合均匀得到石墨烯-碳化硅晶须杂化悬浮液；

3)、将纳米碳化物陶瓷和纳米氧化物陶瓷混合分散均匀得到纳米陶瓷悬浮液；

4)、将二硼化钛加入纳米陶瓷悬浮液中混合均匀得到纳米复合粉体悬浮液，然后将石墨烯-碳化硅晶须杂化悬浮液加入纳米复合粉体悬浮液中进行超声分散得到混合悬浮液A，然后对混合悬浮液A球磨后干燥过筛即可得到二硼化钛基纳米复合刀具材料粉体；

5)、将二硼化钛基纳米复合刀具材料粉体放入模具、铺平、压制成型得到模坯初体，然后将模坯初体在炉体内烧结即可得到二硼化钛基纳米复合刀具材料。