CN104387083B - 一种氮化铝基切削刀具用陶瓷及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种氮化铝基切削刀具用陶瓷，由下列重量份的原料制成：氧化钴3‑4、硼硅酸盐5‑8、纳米碳酸锶3‑4、硝酸铁1‑2、滑石2‑5、硅酸1‑2、氮化硅5‑8、氮化铝60‑68、高岭土25‑30、长石7‑11、石英5‑7、樟州黑土2‑4、硅烷偶联剂kh‑550 0.6‑0.9、NH4Cl0.3‑0.4、MgCl2·6H2O 1‑2、乙醇适量、去离子水适量、聚丙烯酸1‑1.5、聚乙二醇1.2‑1.6、抗磨助剂4‑5；本发明的陶瓷气泡少，质地均匀细腻，润滑性能好，硬度高，耐磨性好，适用于切削刀具，耐热性好，使用寿命长，成本低；通过使用本发明的抗磨助剂，能够增加陶瓷的耐磨性和耐热性。
Description
技术领域
本发明涉及陶瓷刀具材料领域，尤其涉及一种氮化铝基切削刀具用陶瓷及其制备方法。
背景技术
随着新技术革命的发展，要求不断提高切削加工生产率和降低生产成本，特别是数控机床的发展，要求开发比硬质合金刀具切速更高、更耐磨的新型刀具。日前各种高强度、高硬度、耐腐蚀、耐磨和耐高温的难以切削的新材料日益增多。据文献估计，这类材料己占国际上加工总数的50%以上.，硬质合金刀具对其中不少新材料的加工难以胜任。另一方面，现在国际上硬质合金产量己达20000-25 000 t。每年消耗大量的金属，如W、Co、Ta和Nb等。这些金属的矿产资源正日益减少，价格上涨，按日前消耗速度，用不了几十年.有些资源将耗尽。陶瓷刀具就是在这样的背景下发展起来的。
目前陶瓷刀具以氧化锆陶瓷、氧化铝、氮化铝等陶瓷应用最为广泛，具有高硬度、高密度、耐高温，抗磁化、抗氧化、耐腐蚀性强、化学稳定性好、高耐磨性好等特点，但是这些陶瓷成本高，还需要进一步研究新的材料，降低成本，还要提高陶瓷韧性、散热性、抗热震性、抗磨性等性能，以适应不断发展的技术要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氮化铝基切削刀具用陶瓷及其制备方法，该陶瓷气泡少，质地均匀细腻，润滑性能好，硬度高，耐磨性好，适用于切削刀具，耐热性好，使用寿命长，成本低。
本发明的技术方案如下：
一种氮化铝基切削刀具用陶瓷，其特征在于由下列重量份的原料制成：氧化钴3-4、硼硅酸盐5-8、纳米碳酸锶3-4、硝酸铁1-2、滑石2-5、硅酸1-2、氮化硅5-8、氮化铝60-68、高岭土25-30、长石7-11、石英5-7、樟州黑土2-4、硅烷偶联剂kh-550 0.6-0.9、NH4Cl0.3-0.4、MgCl2·6H2O
1-2、乙醇适量、去离子水适量、聚丙烯酸1-1.5、聚乙二醇1.2-1.6、抗磨助剂4-5；
所述抗磨助剂由下列重量份的原料制成：硼酸镁晶须1.3-1.5、硼酸酯偶联剂0.2-0.4、三氯化锑0.3-0.5、尿素0.4-0.5、硼酸铝晶须0.8-1.2、纳米微晶纤维素0.2-0.4、Y2Si2O7晶须1-2、氧化锡0.2-0.3、纳米石墨0.4-0.8、1-2%盐酸溶液适量、水适量；制备方法为：将三氯化锑、尿素、纳米微晶纤维素、氧化锡加入8-10重量份的水中，磁力搅拌20-25分钟，加入硼酸镁晶须、硼酸铝晶须、Y2Si2O7晶须继续搅拌2-3个小时，再加入硼酸酯偶联剂，加热至70-80℃，搅拌反应20-30分钟，再加入纳米石墨，搅拌20-30分钟，在120-130℃油浴中搅拌至干燥，送入煅烧炉，在氮气氛围中，700-800℃下煅烧50-60分钟，加入2-3倍重量份的1-2%盐酸溶液洗涤2-3次，水洗至中性，烘干，粉碎，过40目筛，即得。
所述氮化铝基切削刀具用陶瓷的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将高岭土、樟州黑土混合后球磨，过250目筛，加入4-5倍重量份的水，搅拌后加入硅烷偶联剂kh-550，加热至70-80℃，搅拌10-15分钟，再加入硼硅酸盐、纳米碳酸锶、氮化硅，继续搅拌30-40分钟，喷雾干燥，得到颗粒，再送入煅烧炉中，在氮气氛围中，在700-800℃下煅烧40-50分钟，粉碎，过200目筛，得到颗粒；
（2）将滑石、硅酸、氮化铝、长石、石英混合，加入0.8-1倍重量份的乙醇，球磨至200目以下，干燥，得到颗粒；
（3）将前两步得到的颗粒与其他剩余成分混合，取混合材料的3-4倍重量份的去离子水，加入聚丙烯酸、聚乙二醇，搅拌均匀，加入混合材料，球磨1-2小时，超声分散13-17分钟，在110-120℃下烘干，过40目筛，得到颗粒；
（4）将第（3）步得到的颗粒在氮气氛围中，在1610-1670℃下热压，热压压力为25-30MPa，热压时间为40-50分钟，自然冷却，即得。
本发明的有益效果
本发明的陶瓷气泡少，质地均匀细腻，润滑性能好，硬度高，耐磨性好，适用于切削刀具，耐热性好，使用寿命长，成本低；通过使用本发明的抗磨助剂，能够增加陶瓷的耐磨性和耐热性。
具体实施方式
一种氮化铝基切削刀具用陶瓷，由下列重量份(公斤)的原料制成：氧化钴3.5、硼硅酸盐7、纳米碳酸锶3.5、硝酸铁1.5、滑石3、硅酸1.5、氮化硅7、氮化铝64、高岭土28、长石9、石英6、樟州黑土3、硅烷偶联剂kh-550 0.7、NH4Cl0.3、MgCl2·6H2O
1.5、乙醇适量、去离子水适量、聚丙烯酸1.3、聚乙二醇1.4、抗磨助剂4.4；
所述抗磨助剂由下列重量份（公斤）的原料制成：硼酸镁晶须1.4、硼酸酯偶联剂0.3、三氯化锑0.4、尿素0.4、硼酸铝晶须1、纳米微晶纤维素0.3、Y2Si2O7晶须1.5、氧化锡0.3、纳米石墨0.6、1.5%盐酸溶液适量、水适量；制备方法为：将三氯化锑、尿素、纳米微晶纤维素、氧化锡加入9重量份的水中，磁力搅拌23分钟，加入硼酸镁晶须、硼酸铝晶须、Y2Si2O7晶须继续搅拌2.5个小时，再加入硼酸酯偶联剂，加热至75℃，搅拌反应25分钟，再加入纳米石墨，搅拌25分钟，在125℃油浴中搅拌至干燥，送入煅烧炉，在氮气氛围中，750℃下煅烧55分钟，加入2.5倍重量份的1.5%盐酸溶液洗涤2.5次，水洗至中性，烘干，粉碎，过40目筛，即得。
所述氮化铝基切削刀具用陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
（1）将高岭土、樟州黑土混合后球磨，过250目筛，加入4.6倍重量份的水，搅拌后加入硅烷偶联剂kh-550，加热至75℃，搅拌13分钟，再加入硼硅酸盐、纳米碳酸锶、氮化硅，继续搅拌35分钟，喷雾干燥，得到颗粒，再送入煅烧炉中，在氮气氛围中，在750℃下煅烧44分钟，粉碎，过200目筛，得到颗粒；
（2）将滑石、硅酸、氮化铝、长石、石英混合，加入0.8倍重量份的乙醇，球磨至200目以下，干燥，得到颗粒；
（3）将前两步得到的颗粒与其他剩余成分混合，取混合材料的3.5倍重量份的去离子水，加入聚丙烯酸、聚乙二醇，搅拌均匀，加入混合材料，球磨1.5小时，超声分散15分钟，在115℃下烘干，过40目筛，得到颗粒；
（4）将第（3）步得到的颗粒在氮气氛围中，在1640℃下热压，热压压力为28MPa，热压时间为46分钟，自然冷却，即得。
实验数据：
该实施例陶瓷的维氏硬度为96GPa，抗弯强度为1148MPa，断裂韧性为13.5MPa·m1/2。
Claims (2)
1.一种氮化铝基切削刀具用陶瓷，其特征在于由下列重量份的原料制成：氧化钴3-4、硼硅酸盐5-8、纳米碳酸锶3-4、硝酸铁1-2、滑石2-5、硅酸1-2、氮化硅5-8、氮化铝60-68、高岭土25-30、长石7-11、石英5-7、樟州黑土2-4、硅烷偶联剂kh-550 0.6-0.9、NH4Cl0.3-0.4、MgCl2·6H2O 1-2、乙醇适量、去离子水适量、聚丙烯酸1-1.5、聚乙二醇1.2-1.6、抗磨助剂4-5；
所述抗磨助剂由下列重量份的原料制成：硼酸镁晶须1.3-1.5、硼酸酯偶联剂0.2-0.4、三氯化锑0.3-0.5、尿素0.4-0.5、硼酸铝晶须0.8-1.2、纳米微晶纤维素0.2-0.4、Y2Si2O7晶须1-2、氧化锡0.2-0.3、纳米石墨0.4-0.8、1-2%盐酸溶液适量、水适量；制备方法为：将三氯化锑、尿素、纳米微晶纤维素、氧化锡加入8-10重量份的水中，磁力搅拌20-25分钟，加入硼酸镁晶须、硼酸铝晶须、Y2Si2O7晶须继续搅拌2-3个小时，再加入硼酸酯偶联剂，加热至70-80℃，搅拌反应20-30分钟，再加入纳米石墨，搅拌20-30分钟，在120-130℃油浴中搅拌至干燥，送入煅烧炉，在氮气氛围中，700-800℃下煅烧50-60分钟，加入2-3倍重量份的1-2%盐酸溶液洗涤2-3次，水洗至中性，烘干，粉碎，过40目筛，即得。
2.根据权利要求1所述氮化铝基切削刀具用陶瓷的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将高岭土、樟州黑土混合后球磨，过250目筛，加入4-5倍重量份的水，搅拌后加入硅烷偶联剂kh-550，加热至70-80℃，搅拌10-15分钟，再加入硼硅酸盐、纳米碳酸锶、氮化硅，继续搅拌30-40分钟，喷雾干燥，得到颗粒，再送入煅烧炉中，在氮气氛围中，在700-800℃下煅烧40-50分钟，粉碎，过200目筛，得到颗粒；
（2）将滑石、硅酸、氮化铝、长石、石英混合，加入0.8-1倍重量份的乙醇，球磨至200目以下，干燥，得到颗粒；
（3）将前两步得到的颗粒与氧化钴、硝酸铁、NH4Cl、MgCl2·6H2O、抗磨助剂混合，取混合材料的3-4倍重量份的去离子水，加入聚丙烯酸、聚乙二醇，搅拌均匀，加入混合材料，球磨1-2小时，超声分散13-17分钟，在110-120℃下烘干，过40目筛，得到颗粒；
（4）将第（3）步得到的颗粒在氮气氛围中，在1610-1670℃下热压，热压压力为25-30MPa，热压时间为40-50分钟，自然冷却，即得。
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