[发明专利]具有各向异性的石墨烯增韧A12O3纳米复合陶瓷刀具材料及其制备方法

摘要

本发明涉及一种具有各向异性的石墨烯增韧A1₂O₃纳米复合陶瓷刀具材料及其制备方法。该陶瓷刀具材料是以A1₂O₃为基体，石墨烯纳米片为增强相，MgO、Mo和Ni为烧结助剂。该陶瓷刀具材料经石墨烯分散、复合粉体制备、干燥过筛、冷压装模和热压烧结而成。在本发明所制备的石墨烯增韧A1₂O₃纳米复合陶瓷材料中，石墨烯增韧效果显著，且在基体中取向性明显。该陶瓷刀具的力学性能在垂直和平行于热压方向上存在明显的各向异性。

主权项

1.一种具有各向异性的石墨烯增韧A12O3纳米复合陶瓷刀具材料的制备方法，体积百分比的原料组成如下：石墨烯0.25～5％，MgO 0.25～5％，Mo 0.5～5％，Ni 0.5～5％，其余为A12O3；其中，所述A12O3平均粒径为200～400nm；所述石墨烯为石墨烯纳米片，平均厚度为0.34～30nm，石墨烯平均最长向径为1～20μm；所述MgO平均粒径为0.5～5μm；所述Mo和Ni平均粒径为10～50μm；制备步骤如下：(1)将聚乙二醇4000加入无水乙醇，使其完全溶解，超声分散并机械搅拌10～30min；加入A12O3，继续超声分散并机械搅拌10～30min；得A12O3‑聚乙二醇分散液；所述的聚乙二醇的质量为A12O3质量的1～5％；(2)将步骤(1)所述的A12O3‑聚乙二醇分散液倒入球磨罐中，在保护气氛下球磨24～48h，其中球磨球为硬质合金材质，球料质量比为5～15:1；(3)取聚乙烯吡咯烷酮加入无水乙醇，使其完全溶解，超声分散并机械搅拌10～30min；加入石墨烯，继续超声分散并机械搅拌10～30min；得石墨烯‑聚乙烯吡咯烷酮分散液；(4)将步骤(3)制得的石墨烯‑聚乙烯吡咯烷酮分散液倒入步骤(2)的球磨罐中，并保持所述的保护气氛，继续球磨1～12h；所述的聚乙烯吡咯烷酮质量为石墨烯质量的50～90％；(5)待步骤(4)完成后，将球磨罐中的液体进行真空干燥，干燥完全的粉体过100～200目筛，装入石墨套筒中，冷压10～30min，然后进行热压烧结；烧结温度为1350～1550℃，保温时间为5～20min，压力为20～35MPa，升温速率为10～25℃/min。