一种刀具用复合陶瓷材料及其制备方法
阅读说明：本技术 一种刀具用复合陶瓷材料及其制备方法 (Composite ceramic material for cutter and preparation method thereof ) 是由 方正林 诸玉根 方小山 于 2019-04-04 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种刀具用复合陶瓷材料及其制备方法,该材料的组成按质量百分比为：TiC为25～30％、石墨烯为0.1～1％、MgO为0.5～1％、Mo为2～4％、Ni为1.5～5％、Y<Sub>2</Sub>O<Sub>3</Sub>为0.5～0.8％,其余均为Al<Sub>2</Sub>O<Sub>3</Sub>。制备方法包括以下步骤：按照质量百分比进行配料；将上述配料进行混合,球磨,将球磨混合好的浆料放入真空干燥箱中进行干燥,干燥之后的粉料用100～200目分样筛过筛；将过筛之后的混合粉料压制成坯；放入真空烧结炉中烧结,得到刀具用复合陶瓷材料。本发明优化了陶瓷材料组分配比和工艺参数,制备出综合性能优异的复合陶瓷材料,其自身脆性较大的缺点得到改善。(The invention discloses a composite ceramic material for a cutter and a preparation method thereof, wherein the composite ceramic material comprises the following components in percentage by mass: 25-30% of TiC, 0.1-1% of graphene, 0.5-1% of MgO, 2-4% of Mo, 1.5-5% of Ni, and Y 2 O 3 0.5-0.8% of Al 2 O 3 . The preparation method comprises the following steps: preparing materials according to the mass percentage; mixing the ingredients, performing ball milling, putting the slurry mixed by ball milling into a vacuum drying oven for drying, and sieving the dried powder by using a 100-200-mesh sample sieve; pressing the sieved mixed powder into a blank; and sintering in a vacuum sintering furnace to obtain the composite ceramic material for the cutter. Optimization of the inventionThe composite ceramic material with excellent comprehensive performance is prepared by the ceramic material component ratio and the process parameters, and the defect of larger brittleness is improved.)
技术领域
本发明属于刀具制备技术领域，具体涉及一种刀具用复合陶瓷材料及其制备方法。
背景技术
随着切削加工技术的发展，各种高硬度和高强度材料的使用日益增多，如淬硬钢、高温合金、超高强度钢及高耐磨铸铁等，但这些材料通常采用磨削加工的方式，存在加工效率低、制品简单、污染大等缺陷。高速干式切削具有高效率、低成本、污染小等优点，逐渐成为了现代加工技术的主流。然而高速干式切削增加了刀具与工件之间的摩擦和粘结，会加速材料磨损，严重影响刀具的使用寿命，因此对刀具材料提出了较高的要求。
陶瓷刀具具备出色的物理化学性能，其相对低廉的制造成本更使其在高速切削领域显示出强劲的竞争力。氧化铝基陶瓷刀具因为适宜加工高耐磨铸铁、淬硬钢和合金钢等材料，应用最为广泛，市场占有率较高，但陶瓷自身的缺点如较高的脆性极大的限制了此类刀具的广泛应用。因此在保证氧化铝陶瓷刀具材料原有优异力学性能的基础上，提高刀具的断裂韧性成为研究的热点。
发明目的：本发明目的是提供一种刀具用复合陶瓷材料及其制备方法，解决了陶瓷刀具材料断裂韧性低的问题。
技术方案：本发明一种刀具用复合陶瓷材料，该材料的组成按质量百分比为：TiC为25～30％、石墨烯为0.1～1％、MgO为0.5～1％、Mo为2～4％、Ni为1.5～5％、Y2O3为0.5～0.8％，其余均为Al2O3。
进一步的，所述Al2O3为0.5～0.8μm的Al2O3粉末，其纯度为99.9％。
进一步的，所述TiC为0.3～0.6μm的粉末，纯度为99.9％。
进一步的，所述石墨烯为石墨烯纳米片。
本发明还包括一种刀具用复合陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照权利要求1中的质量百分比进行配料；
(2)将上述配料进行混合，球磨，将球磨混合好的浆料放入真空干燥箱中进行干燥，干燥之后的粉料用100～200目分样筛过筛；
(3)将过筛之后的混合粉料压制成坯；
(4)放入真空烧结炉中烧结，得到刀具用复合陶瓷材料。
进一步的，所述步骤(2)中球磨介质为无水乙醇，磨球为氧化铝。
进一步的，所述步骤(2)中球磨转速为750～800r/min，时间为36～48h，球料比8：1。
进一步的，所述步骤(2)中真空干燥的温度为100～150℃。
进一步的，所述步骤(3)中压力为100～150MPa。
进一步的，所述步骤(4)中烧结方式为：将真空烧结炉温度加热到700～800℃，保温15～20min；再将真空烧结炉加热到1500～1600℃，保温15～20min；最后加热到1700～1800℃，保温1～1.5h。
本发明有益效果在于：本发明通过TiC抑制晶粒长大，使微观组织均匀细小，提高材料的强度和断裂韧性；加入Mo和Ni，材料颗粒的流动性和致密化得到提高，提高刀具材料的力学性能；Mg0在烧结过程中在晶界处发生固化反应，减少晶界处的扩散速度，晶粒的生长受到抑制，有利于材料晶粒的细化和致密度的提升，整体提升复合陶瓷刀具材料的力学性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述：
实施例1
一种刀具用复合陶瓷材料，该材料的组成按质量百分比为：TiC为25％、石墨烯为0.1％、MgO为0.5％、Mo为2％、Ni为1.5％、Y2O3为0.5％，其余均为Al2O3，其中Al2O3为0.5μm的Al2O3粉末，其纯度为99.9％，TiC为0.3μm的粉末，纯度为99.9％，石墨烯为石墨烯纳米片。
所述的刀具用复合陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照该材料的质量百分比进行配料；
(2)将上述配料进行混合，球磨，球磨介质为无水乙醇，磨球为氧化铝，球磨转速为750r/min，时间为36h，球料比8：1，将球磨混合好的浆料放入真空干燥箱中进行干燥，真空干燥的温度为100℃，干燥之后的粉料用100目分样筛过筛；
(3)将过筛之后的混合粉料压制成坯，压力为100MPa；
(4)放入真空烧结炉中烧结，其中烧结方式为：将真空烧结炉温度加热到700℃，保温15min；再将真空烧结炉加热到1500℃，保温15min；最后加热到1700℃，保温1h，得到刀具用复合陶瓷材料。
实施例2
一种刀具用复合陶瓷材料，该材料的组成按质量百分比为：TiC为28％、石墨烯为0.5％、MgO为0.8％、Mo为3％、Ni为3.2％、Y2O3为0.6％，其余均为Al2O3，其中Al2O3为0.6μm的Al2O3粉末，其纯度为99.9％，TiC为0.5μm的粉末，纯度为99.9％，石墨烯为石墨烯纳米片。
所述的刀具用复合陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照该材料的质量百分比进行配料；
(2)将上述配料进行混合，球磨，球磨介质为无水乙醇，磨球为氧化铝，球磨转速为780r/min，时间为42h，球料比8：1，将球磨混合好的浆料放入真空干燥箱中进行干燥，真空干燥的温度为120℃，干燥之后的粉料用150目分样筛过筛；
(3)将过筛之后的混合粉料压制成坯，压力为120MPa；
(4)放入真空烧结炉中烧结，其中烧结方式为：将真空烧结炉温度加热到750℃，保温18min；再将真空烧结炉加热到1550℃，保温18min；最后加热到1750℃，保温1.3h，得到刀具用复合陶瓷材料。
实施例3
一种刀具用复合陶瓷材料，该材料的组成按质量百分比为：TiC为30％、石墨烯为1％、MgO为1％、Mo为4％、Ni为5％、Y2O3为0.8％，其余均为Al2O3，其中Al2O3为0.8μm的Al2O3粉末，其纯度为99.9％，TiC为0.6μm的粉末，纯度为99.9％，石墨烯为石墨烯纳米片。
所述的刀具用复合陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照该材料的质量百分比进行配料；
(2)将上述配料进行混合，球磨，球磨介质为无水乙醇，磨球为氧化铝，球磨转速为800r/min，时间为48h，球料比8：1，将球磨混合好的浆料放入真空干燥箱中进行干燥，真空干燥的温度为150℃，干燥之后的粉料用200目分样筛过筛；
(3)将过筛之后的混合粉料压制成坯，压力为150MPa；
(4)放入真空烧结炉中烧结，其中烧结方式为：将真空烧结炉温度加热到800℃，保温20min；再将真空烧结炉加热到1600℃，保温20min；最后加热到1800℃，保温1.5h，得到刀具用复合陶瓷材料。