[发明专利]具有力学各向异性的Si3N4/TiC/石墨烯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力学各向异性的Si₃N₄/TiC/石墨烯复合陶瓷刀具材料及其制备方法，该陶瓷刀具材料是以氮化硅为基体，以TiC为硬质相，以石墨烯为增韧相，以MgO、A1₂O₃和Y₂O₃为复合烧结助剂，经原料的单独分散、复合分散、球磨、干燥过筛、热压烧结工艺制成。在本发明所制备的Si₃N₄/TiC/石墨烯复合陶瓷刀具材料中，石墨烯对陶瓷刀具材料的增韧补强效果明显，由于石墨烯在材料中的取向性分布，使得Si₃N₄基复合陶瓷刀具材料的力学性能存在各向异性。此外，石墨烯的加入降低了复合陶瓷刀具材料的摩擦系数，提高了耐磨性。

主权项

1.一种具有力学各向异性的Si₃N₄/TiC/石墨烯复合陶瓷刀具材料的制备方法，是由以下质量百分比的原材料以溶解聚乙烯吡咯烷酮的异丙醇为分散液经均匀混合后热压烧结而制成：石墨烯0.5～5％，TiC 5～50％，MgO 0.5～5％，Y₂O₃ 0.5～7％，A1₂O₃ 0.5～5％，其余为Si₃N₄；其中，所述石墨烯平均厚度为2～34nm，石墨烯平均最长向径为1～10μm；所述Si₃N₄平均粒径为0.4～0.6μm；所述TiC平均粒径为0.1～2μm；所述MgO平均粒径为0.1～2μm；所述Y₂O₃和A1₂O₃平均粒径为0.1～2μm；制备步骤包括：‑将Si₃N₄粉体加入到聚乙烯吡咯烷酮的异丙醇分散液中，超声分散得到氮化硅分散液；‑将TiC粉体加入到聚乙烯吡咯烷酮的异丙醇分散液中，超声分散得到TiC分散液；‑将MgO、Y₂O₃、A1₂O₃粉体依次加入到聚乙烯吡咯烷酮的异丙醇分散液中，超声分散得到混合烧结助剂分散液；‑将石墨烯加入到聚乙烯吡咯烷酮的异丙醇分散液中，超声分散得到石墨烯分散液；‑将以上的氮化硅分散液、TiC分散液、混合烧结助剂分散液混合，超声分散、球磨，然后加入所述的石墨烯分散液继续球磨，所得混合浆料干燥、过筛，在模具中进行热压烧结；所得Si₃N₄/TiC/石墨烯复合陶瓷刀具材料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。