[发明专利]一种梯度氧化锆陶瓷刀具材料及其制备方法

说明书

本发明属于陶瓷刀具技术领域，公开了一种梯度氧化锆陶瓷刀具材料及其制备方法。所述梯度氧化锆陶瓷刀具材料是先将钇稳定氧化锆粉体经素坯成型，在空气中800～1200℃预烧，制得预烧坯；再将预烧坯经机械加工成毛坯，所得刀具坯干燥后依次置于钇盐溶液、碱液、草酸溶液、流动的去离子水中浸泡，干燥后制得浸渗坯，将浸渗坯在空气中1350～1500℃烧结制得。本发明的刀具材料具有表硬芯韧的结构，生物亲和性好等优异特点；通过近净成型与原位渗透合成方法，可大批量生产，生产效率高，产品良率高，成本低，用于高速加工可获得比均质氧化锆刀具更可靠的稳定性以及更长的使用寿命。

技术领域

本发明属于陶瓷刀具技术领域，更具体地，涉及一种梯度氧化锆陶瓷刀具材料及其制备方法。

背景技术

切削加工是机械加工领域最基本的技术，是精密部件的最重要制造手段。随着新材料与新技术的发展，切削加工正在往高速高效高精密发展，而刀具技术是高速高效精密加工的关键技术。近年来，随着电子产业的发展对非铁系材料的需求越来越大，如高强度石墨，电极铜合金，新型铝合金，多功能塑料等。面对这些材料的加工，传统刀具如高速钢，硬质合金等刀具材料难以满足加工速度和加工精度。而氧化锆陶瓷作为结构陶瓷具有优异的强度和韧性，同时硬度较高，用于加工新兴有色金属，增强塑料，高强度石墨等材料具有独特的优势。另一方面，氧化锆作为医疗工具中常用的刀具具有耐磨性好，精密度高，亲和性好等优点，其在生物医疗中的使用日益广泛。

目前，氧化锆刀具材料均为均质结构，其整体强度、韧性高，而硬度较低，或者整体硬度高而强度较低。以整体均质的氧化锆材料作为刀具使用难以满足长悬臂刀具的高强度和高硬度要求。以整体均质的高硬度氧化锆材料制备的刀具往往出现崩刃，折断等问题；而以整体均质的高韧性氧化锆材料制备的刀具往往出现耐磨性差，切削寿命短等问题。因此，开发具有高强度高韧性基体，同时具有高硬度表面和刃部的刀具材料是提高氧化锆刀具使用效果的有效方法。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的不足和缺点，本发明的首要目的在于提供一种梯度氧化锆陶瓷刀具材料，该材料具有表硬芯韧的结构，高强度高韧性基体以及高硬度表面和刃部。

本发明另一目的在于提供了上述梯度氧化锆陶瓷刀具材料的制备方法，该方法通过近净成型与原位渗透合成方法，可大批量生产，生产效率高，产品良率高，成本低。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种梯度氧化锆陶瓷刀具材料，所述梯度氧化锆陶瓷刀具材料是先将钇稳定氧化锆粉体经素坯成型，在空气中800～1200℃预烧，制得预烧坯；再将预烧坯经机械加工成毛坯，所得刀具坯干燥后依次置于钇盐溶液、碱液、草酸溶液、流动的去离子水中浸泡，干燥后制得浸渗坯，将浸渗坯在空气中1350～1500℃烧结制得。

优选地，所述钇稳定氧化锆粉体的钇含量为1～2.5％mol，纯度为95％以上，粒度为小于0.5微米。

优选地，所述预烧工艺为：以200～400℃/h升温至400～600℃并保温1～4h；以160～240℃/h升温至800～1200℃并保温1～10h；再以200～250℃/h降温至600～650℃；再以50～60℃/h降温到室温。

优选地，所述钇盐溶液为硝酸钇水溶液或氯化钇水溶液；所述钇盐溶液的浓度为0.002～0.01mol/L。

优选地，所述碱液为氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液或氨水，所述碱液的pH值为8～12。

优选地，所述草酸溶液pH值为1.2～2。

优选地，所述置于钇盐溶液中浸泡的时间为10～60min，所述置于碱液中浸泡的时间为1～10min，所述置于草酸溶液中浸泡的时间为10～60min，所述置于去离子水中浸泡的时间为2～48h。