[發明專利]一種逐層嵌套梯度功能陶瓷刀具及其制備方法

無效

• 申請號: 200910256570.6
• 申請日: 2009-12-30
• 公開（公告）號: CN101786883A
• 公開（公告）日: 2010-07-28
• 發明（設計）人: 劉戰強;萬熠;黃傳真;劉繼剛
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C04B35/58
• 分類號: C04B35/58;C04B35/622
• 代理公司: 濟南圣達專利商標事務所有限公司 37221
• 代理人: 王書剛

技術領域

本發明涉及一種梯度功能陶瓷刀具及其制備方法，屬于陶瓷刀具材料技術領域，

背景技術

AlMgB₁₄是一種新型超硬耐磨硼化物，具有高硬度、低摩擦系數的特點，以其為基體制備 的陶瓷刀具具有高的硬度、耐磨性、耐熱性和化學穩定性等優點，較適合于加工鈦合金，然 而其本身的脆性限制了其應用范圍，而且其強度也較低。國內外研究人員和刀具生產廠家一 般采用向AlMgB₁₄基體中添加增韌強化相的方法提高其力學性能，如添加AlN、TiC、TiB₂等， 其中添加TiB₂的增韌補強效果最好。然而這些增韌強化方法的效果是有限度的，仍不能滿足 高效切削加工難加工材料如鈦合金等的要求。梯度功能材料是二十世紀八十年代中后期發展 起來的一種組分和性能均連續變化的新型復合材料，具有優異的隔熱、防熱和緩和熱應力的 功能。二十一世紀初，梯度功能陶瓷應用在切削刀具中，使得刀具具有內韌外硬的特性。然 而，目前的梯度功能陶瓷刀具如圖1所示，為三明治式結構，三層或者更多層疊加在一起， 這種結構存在以下缺點：在切削的時候，刀尖處只有沿前刀面向下為梯度功能結構，而沿主 后刀面和副后刀面向刀具芯部則不具備梯度功能結構，使得由前刀面、主后刀面和副后刀面 構成的刀尖處仍易產生崩刃。

發明內容

本發明針對現有三明治式結構的梯度功能陶瓷刀具存在的易產生崩刃等不足，提供一種 可靠性更高、抗磨損、抗破損、不易崩刃的梯度功能陶瓷刀具，同時提供一種該梯度功能陶 瓷刀具的制備方法。

本發明的逐層嵌套梯度功能陶瓷刀具采用以下技術方案：

該梯度功能陶瓷刀具至少包括三層AlMgB₁₄和TiB₂兩種材料的復合物，各層復合物由里向 外逐層分布，每一層中兩種材料的質量比均不同，由芯部層至表層的各個方向上AlMgB₁₄的含 量逐漸增加，刀具的前刀面、主后刀面和副后刀面均是芯部層的AlMgB₁₄含量最低，而表層的 AlMgB₁₄含量最高。

上述逐層嵌套梯度功能陶瓷刀具的制備方法，包括以下步驟：

首先采用濕法工藝分散混料，配制至少三種不同質量比的AlMgB₁₄和TiB₂的復合粉，然后 將每種復合粉進行真空干燥和過180目篩，按照AlMgB₁₄的含量從低到高的順序在石墨模具中 進行粉末由里向外的逐層鋪展(每層的層厚和復合粉質量根據待加工工件的材料和加工工藝 優化確定)及預壓；最后采用真空熱壓燒結。

真空熱壓燒結的熱壓燒結壓力為100Mpa～110Mpa、燒結溫度范圍為1400℃～1500℃、 保溫時間為60分鐘。

本發明由于采用三層以上由里向外逐層分布的嵌套結構，使刀具的前刀面、主后刀面和 副后刀面結構和材料含量一致，沿刀尖到刀具芯部各方向均為梯度結構，增強了陶瓷刀具的 各項力學性能指標，使表面平均硬度達到36Gpa左右，斷裂韌度達到左右，均高 于相同材料體系的普通陶瓷刀具材料和傳統三明治式結構的梯度功能陶瓷刀具，適于加工鈦 合金Ti-6Al-4V，尤其是在高速切削條件下，刀具壽命比傳統結構梯度功能陶瓷刀具提高20～ 30％，而成本與其相當；比硬質合金刀具的生產效率提高80～120％，表面質量提高一個等級。

附圖說明

圖1是現有三明治式結構的梯度功能陶瓷刀具的結構示意圖。

圖2是本發明制備的方形(包含菱形)梯度功能陶瓷刀具的結構示意圖。

圖3是本發明制備的圓柱形梯度功能陶瓷刀具的結構示意圖。

具體實施方式

下面以制備三層結構的用于高速切削加工鈦合金材料的梯度功能陶瓷刀具的方法對本發 明作詳細說明。該用于切削加工鈦合金材料的三層結構梯度功能陶瓷刀具的制備方法包括以 下步驟：

(1)采用濕法工藝混料，將AlMgB₁₄和TiB₂兩種材料配制三種不同混合比的復合粉，AlMgB₁₄和TiB₂的質量百分比分別為60∶40、65∶35和70∶30，這三種復合粉的編號分別為A、B、 C，然后真空干燥、過180目篩。