CN108947527A - 一种陶瓷刀具及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种陶瓷刀具，由以下按照重量份的原料组成：纳米氧化锆46‑49份、纳米氧化钪6‑8份、纳米氧化钕3‑5份、纳米钽粉0.9‑1.4份。本发明还提供了所述陶瓷刀具的制备方法。本发明制备的陶瓷刀具具有良好的抗弯强度及断裂韧性，能够满足市场对陶瓷刀具日益提高的性能需求，且有利于进一步拓展陶瓷刀具的应用范围。
Description
本申请是以下申请的分案申请：申请日为2016年04月20日，申请号为2016102568672，发明名称为一种高强度陶瓷刀具及其制备方法。
技术领域
本发明涉及陶瓷领域，具体是一种陶瓷刀具及其制备方法。
背景技术
切削加工在机械加工领域中占据了重要的地位，它是最基本，最可靠的加工手段。而刀具的性能是影响切削加工效率、精度、表面质量等得决定因素之一。国际机械生产技术研究协会(CIRP)的一项研究报告指出:“每一种新刀具材料的出现，都将使机械加工的能力和水平向前迈进一大步”。刀具材料是影响切削加工技术的最主要的因素，一个世纪以来刀具材料的发展从碳素工具钢、高速钢、硬质合金、TiC涂层硬质合金、A12O3涂层硬质合金到新型陶瓷刀具的出现，提高了切削加工效率。
陶瓷刀具因具备了高硬度、耐腐蚀、耐磨和耐高温等特点，逐渐取代了传统的硬质合金刀具，应用越来越广泛。与传统的硬质合金刀具相比，陶瓷刀具的主要缺点就是抗弯强度及断裂韧性不佳，当切削温度发生变化时，容易产生裂痕，因此提高陶瓷刀具的抗弯强度及断裂韧性是陶瓷刀具领域的研究热点。中国专利CN104355615B中公开了一种高硬度陶瓷刀具材料及其制备方法，虽然在一定程度上提高了陶瓷材料的抗弯强度和断裂韧性，但还不能达到足够的力学性能要求，还需要进一步提高抗弯强度和断裂韧性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种陶瓷刀具及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种陶瓷刀具，由以下按照重量份的原料组成：纳米氧化锆46-49份、纳米氧化钪6-8份、纳米氧化钕3-5份、纳米钽粉0.9-1.4份。
作为本发明进一步的方案：由以下按照重量份的原料组成：纳米氧化锆47-48份、纳米氧化钪6.5-7.8份、纳米氧化钕3.2-4.5份、纳米钽粉1.0-1.3份。
作为本发明再进一步的方案：由以下按照重量份的原料组成：纳米氧化锆47.5份、纳米氧化钪6.9份、纳米氧化钕4.1份、纳米钽粉1.2份。
所述陶瓷刀具的制备方法，步骤如下：
1)称取纳米氧化钪和纳米钽粉，球磨混合5-6h后，烘干，获得第一混合料；
2)将第一混合料放入煅烧炉中，在925-950℃下煅烧处理1.5-2h，获得煅烧料；
3)将煅烧料粉碎后，过250-300目筛，获得煅烧粉末；
4)称取纳米氧化锆和纳米氧化钕，放入球磨机中，并加入煅烧粉末，球磨混合8-10h后，干燥，获得第二混合料，并加入第二混合料总质量的0.5-3％的胶黏剂进行造粒，获得粒料；
5)将粒料在50-80Mpa下干压成型，获得坯体；
6)对坯体进行1100-1150℃、180-200Mpa下进行热等静压处理，使坯体致密化，获得致密坯体；
7)将致密坯体放入热压烧结炉中，在10-15Mpa、1400-1430℃下进行烧结处理，获得刀具半成品；
8)将刀具半成品进行打磨、抛光，即得高强度陶瓷刀具。
作为本发明进一步的方案：步骤4)中所述胶黏剂为聚乙烯醇溶液和羧甲基纤维素中的一种或两种组合。
作为本发明再进一步的方案：步骤4)中所述胶黏剂为聚乙烯醇溶液和羧甲基纤维素按照体积比2:3进行配比而成。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明制备的高强度陶瓷刀具具有良好的抗弯强度及断裂韧性，其抗弯强度为1347-1508Mpa，断裂韧性为15.4-16.9Mpa·m1/2，能够满足市场对陶瓷刀具日益提高的性能需求，且有利于进一步拓展陶瓷刀具的应用范围。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
实施例1
一种陶瓷刀具，由以下按照重量份的原料组成：纳米氧化锆46份、纳米氧化钪6份、纳米氧化钕3份、纳米钽粉0.9份。
本实施例中所述陶瓷刀具的制备方法，步骤如下：
1)称取纳米氧化钪和纳米钽粉，球磨混合5h后，烘干，获得第一混合料；
2)将第一混合料放入煅烧炉中，在925℃下煅烧处理1.5h，获得煅烧料；
3)将煅烧料粉碎后，过250目筛，获得煅烧粉末；
4)称取纳米氧化锆和纳米氧化钕，放入球磨机中，并加入煅烧粉末，球磨混合8h后，干燥，获得第二混合料，并加入第二混合料总质量的0.5％的胶黏剂进行造粒，获得粒料；
5)将粒料在50Mpa下干压成型，获得坯体；
6)对坯体进行1100℃、180Mpa下进行热等静压处理，使坯体致密化，获得致密坯体；
7)将致密坯体放入热压烧结炉中，在10Mpa、1400℃下进行烧结处理，获得刀具半成品；
8)将刀具半成品进行打磨、抛光，即得高强度陶瓷刀具。
所述胶黏剂为聚乙烯醇溶液。
实施例2
一种陶瓷刀具，由以下按照重量份的原料组成：纳米氧化锆47份、纳米氧化钪6份、纳米氧化钕5份、纳米钽粉1.4份。
本实施例中所述陶瓷刀具的制备方法，步骤如下：
1)称取纳米氧化钪和纳米钽粉，球磨混合6h后，烘干，获得第一混合料；
2)将第一混合料放入煅烧炉中，在940℃下煅烧处理2h，获得煅烧料；
3)将煅烧料粉碎后，过250目筛，获得煅烧粉末；
4)称取纳米氧化锆和纳米氧化钕，放入球磨机中，并加入煅烧粉末，球磨混合8h后，干燥，获得第二混合料，并加入第二混合料总质量的1.5％的胶黏剂进行造粒，获得粒料；
5)将粒料在60Mpa下干压成型，获得坯体；
6)对坯体进行1150℃、180Mpa下进行热等静压处理，使坯体致密化，获得致密坯体；
7)将致密坯体放入热压烧结炉中，在10Mpa、1400℃下进行烧结处理，获得刀具半成品；
8)将刀具半成品进行打磨、抛光，即得高强度陶瓷刀具。
所述胶黏剂为羧甲基纤维素。
实施例3
一种陶瓷刀具，由以下按照重量份的原料组成：纳米氧化锆47.5份、纳米氧化钪6.9份、纳米氧化钕4.1份、纳米钽粉1.2份。
本实施例中所述陶瓷刀具的制备方法，步骤如下：
1)称取纳米氧化钪和纳米钽粉，球磨混合5.5h后，烘干，获得第一混合料；
2)将第一混合料放入煅烧炉中，在940℃下煅烧处理2h，获得煅烧料；
3)将煅烧料粉碎后，过280目筛，获得煅烧粉末；
4)称取纳米氧化锆和纳米氧化钕，放入球磨机中，并加入煅烧粉末，球磨混合9h后，干燥，获得第二混合料，并加入第二混合料总质量的2％的胶黏剂进行造粒，获得粒料；
5)将粒料在65Mpa下干压成型，获得坯体；
6)对坯体进行1125℃、190Mpa下进行热等静压处理，使坯体致密化，获得致密坯体；
7)将致密坯体放入热压烧结炉中，在13Mpa、1415℃下进行烧结处理，获得刀具半成品；
8)将刀具半成品进行打磨、抛光，即得高强度陶瓷刀具。
所述胶黏剂为聚乙烯醇溶液和羧甲基纤维素按照体积比2:3进行配比而成。
实施例4
一种陶瓷刀具，由以下按照重量份的原料组成：纳米氧化锆48份、纳米氧化钪7份、纳米氧化钕5份、纳米钽粉1.2份。
本实施例中所述陶瓷刀具的制备方法，步骤如下：
1)称取纳米氧化钪和纳米钽粉，球磨混合6h后，烘干，获得第一混合料；
2)将第一混合料放入煅烧炉中，在928℃下煅烧处理1.5h，获得煅烧料；
3)将煅烧料粉碎后，过300目筛，获得煅烧粉末；
4)称取纳米氧化锆和纳米氧化钕，放入球磨机中，并加入煅烧粉末，球磨混合9h后，干燥，获得第二混合料，并加入第二混合料总质量的3％的胶黏剂进行造粒，获得粒料；
5)将粒料在50Mpa下干压成型，获得坯体；
6)对坯体进行1110℃、180Mpa下进行热等静压处理，使坯体致密化，获得致密坯体；
7)将致密坯体放入热压烧结炉中，在15Mpa、1400℃下进行烧结处理，获得刀具半成品；
8)将刀具半成品进行打磨、抛光，即得高强度陶瓷刀具。
所述胶黏剂为聚乙烯醇溶液和羧甲基纤维素按照体积比7:5进行配比而成。
实施例5
一种陶瓷刀具，由以下按照重量份的原料组成：纳米氧化锆49份、纳米氧化钪7份、纳米氧化钕3份、纳米钽粉1.3份。
本实施例中所述陶瓷刀具的制备方法，步骤如下：
1)称取纳米氧化钪和纳米钽粉，球磨混合5.5h后，烘干，获得第一混合料；
2)将第一混合料放入煅烧炉中，在945℃下煅烧处理1.5h，获得煅烧料；
3)将煅烧料粉碎后，过250目筛，获得煅烧粉末；
4)称取纳米氧化锆和纳米氧化钕，放入球磨机中，并加入煅烧粉末，球磨混合10h后，干燥，获得第二混合料，并加入第二混合料总质量的2.8％的胶黏剂进行造粒，获得粒料；
5)将粒料在55Mpa下干压成型，获得坯体；
6)对坯体进行1100℃、190Mpa下进行热等静压处理，使坯体致密化，获得致密坯体；
7)将致密坯体放入热压烧结炉中，在14Mpa、1430℃下进行烧结处理，获得刀具半成品；
8)将刀具半成品进行打磨、抛光，即得高强度陶瓷刀具。
所述胶黏剂为聚乙烯醇溶液和羧甲基纤维素按照体积比1:2进行配比而成。
实施例6
一种陶瓷刀具，由以下按照重量份的原料组成：纳米氧化锆49份、纳米氧化钪8份、纳米氧化钕5份、纳米钽粉1.4份。
本实施例中所述陶瓷刀具的制备方法，步骤如下：
1)称取纳米氧化钪和纳米钽粉，球磨混合6h后，烘干，获得第一混合料；
2)将第一混合料放入煅烧炉中，在950℃下煅烧处理2h，获得煅烧料；
3)将煅烧料粉碎后，过300目筛，获得煅烧粉末；
4)称取纳米氧化锆和纳米氧化钕，放入球磨机中，并加入煅烧粉末，球磨混合10h后，干燥，获得第二混合料，并加入第二混合料总质量的3％的胶黏剂进行造粒，获得粒料；
5)将粒料在80Mpa下干压成型，获得坯体；
6)对坯体进行1150℃、200Mpa下进行热等静压处理，使坯体致密化，获得致密坯体；
7)将致密坯体放入热压烧结炉中，在15Mpa、1430℃下进行烧结处理，获得刀具半成品；
8)将刀具半成品进行打磨、抛光，即得高强度陶瓷刀具。
所述胶黏剂为羧甲基纤维素。
对实施例1-6进行性能检测，获得的数据如表1所示。
表1性能测试表
从上表可以看出，本发明制备的陶瓷刀具，其抗弯强度为1347-1508Mpa，断裂韧性为15.4-16.9Mpa·m1/2。与对比专利CN104355615B的抗弯强度1098Mpa，断裂韧性为14Mpa·m1/2相比，本发明制备的陶瓷刀具在抗弯强度及断裂韧性方便均优于对比专利。
本发明制备的陶瓷刀具具有良好的抗弯强度及断裂韧性，能够满足市场对陶瓷刀具日益提高的性能需求，且有利于进一步拓展陶瓷刀具的应用范围。
上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (2)
1.一种陶瓷刀具的制备方法，其特征在于，步骤如下：
1)称取纳米氧化钪和纳米钽粉，球磨混合5h后，烘干，获得第一混合料；
2)将第一混合料放入煅烧炉中，在925℃下煅烧处理1.5h，获得煅烧料；
3)将煅烧料粉碎后，过250目筛，获得煅烧粉末；
4)称取纳米氧化锆和纳米氧化钕，放入球磨机中，并加入煅烧粉末，球磨混合8h后，干燥，获得第二混合料，并加入第二混合料总质量的0.5％的胶黏剂进行造粒，获得粒料；
5)将粒料在50Mpa下干压成型，获得坯体；
6)对坯体进行1100℃、180Mpa下进行热等静压处理，使坯体致密化，获得致密坯体；
7)将致密坯体放入热压烧结炉中，在10Mpa、1400℃下进行烧结处理，获得刀具半成品；
8)将刀具半成品进行打磨、抛光，即得高强度陶瓷刀具。
2.根据权利要求1所述的一种陶瓷刀具的制备方法，其特征在于，步骤4)中所述胶黏剂为聚乙烯醇溶液。
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